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在基礎理論研究中貢獻中國智慧

2019年08月11日09:49    來源:光明日報

原標題:在基礎理論研究中貢獻中國智慧

六月的天津,滿城飛花,“何梁何利基金”高峰論壇在此間舉行。當西安交大機械結構強度與振動國家重點實驗室特聘教授俞茂宏信步登台做特邀報告時,場下掌聲雷動。

時光流轉——4年前,正是“何梁何利基金”將“科學與技術進步獎”証書授予這位耄耋長者﹔歲月作証——基礎理論研究之路,從來不曾平坦,唯有歷經坎坷,方能玉汝於成。

從1959年一頭扎進強度理論研究,到兩年后首次提出“雙剪”概念﹔從1985年提出“廣義雙剪強度理論”,到1991年正式發表統一強度理論﹔從材料強度理論研究到結構強度理論研究,再到如今土力學、岩石力學等不同場景應用……時間,已跨過整整一個甲子。

60年,俞茂宏專注於材料力學基礎理論研究,原創性地建立了一個有統一力學模型、統一建模方程、統一表達式而又適用各類材料的統一強度理論,將中國人命名的理論第一次鑲嵌在基礎力學的教程中。

日前,本報記者採訪了這位85歲老教授,試圖還原在基礎理論研究過程中那些不為人知的艱辛過往。

破解百年世界難題

強度理論研究材料在復雜應力作用下屈服和破壞的規律,是各種工程結構強度計算和設計必需的基礎理論。1901年,工程力學領域權威學者、德國哥廷根大學教授沃伊特斷言:“想要建立一個統一的強度理論能夠適用於各種工程材料是不可能的。”此后,美國斯坦福大學著名教授鐵木辛柯肯定了這一論斷——困擾學界百年的“沃伊特-鐵木辛柯難題”由此而來。

1959年,年僅25歲的西安交通大學助教俞茂宏在參與學校塑性力學教材編寫時,發現“材料強度實驗中得出的某些結果與當時權威的強度理論無法匹配”,從此開啟了他單槍匹馬,向國際權威理論發起的“挑戰”。

當時,學術界普遍認為,作為經典力學的分支,強度理論已發展得較為成熟,想要得出統一的強度理論是“徒勞的”。就連1985年《中國大百科全書》也指出,要提出一個適用於各種材料的統一強度理論是不可能的(2009年第二版已刪除該結論)。

“當年,我教授材料力學,如果自己對強度理論理解不深入,上不好課。”回首往事,俞茂宏淡淡地說。

本著對學術與學生負責的態度,1961年,俞茂宏在論文《各向同性屈服函數的一般性質》中第一次提出“雙剪”概念,並推導出“雙剪屈服准則”。但那時,雙剪屈服准則是隻能適用於金屬類材料的強度理論。1985年,俞茂宏又首次提出適用於岩土材料的“廣義雙剪強度理論”。

1991年,第6屆國際材料力學性能會議在日本京都召開,俞茂宏正式發表統一強度理論。至今,由他發展建立的雙剪理論及統一強度理論不僅可以解釋塑性材料的屈服破壞,也可解釋材料的拉斷破壞、剪切破壞、壓縮破壞和各種二軸、三軸破壞,適用於金屬、混凝土和岩土等各類材料。力學基礎理論的突破大大拓寬了工程設計的邊界。據統計,應用雙剪及統一強度理論能將結構極限承載力最大提高33%。在三峽船閘高邊坡的塑性區研究、上海世博會地下變電站工程分析等國家重點工程項目設計中,都能找到這一理論的強力支撐。

困擾強度理論研究領域百年的世界難題終於被破解!國家最高科學技術獎獲得者、前國際岩石力學與工程學會副主席錢七虎院士評價:“在強度理論發展史上,統一強度理論是一個裡程碑。”

今天,雙剪理論和統一強度理論已被寫入《工程力學手冊》《中國水利百科全書》等320多種學術著作和教科書中,這個由中國人創立並命名的理論已經得到國際力學領域的公認。俞茂宏,一個皓首窮經的交大學人,用60年的虔誠與堅守,推動中國的強度理論研究水平躋身世界前沿!

“這麼多年來,我只是在自己的崗位上做了些很平凡的事。”面對斐然成就,俞茂宏卻顯得格外淡然。

要將“好心人”的關懷延續下去

從事基礎理論研究,產生一個思想可能隻在須臾之間,但是要實現它卻需要一個過程,有時候這個過程會很緩慢、很艱難。

俞茂宏回憶,由於特殊歷史原因加上基礎理論研究在當時並不被看好,他在1961年就推導出的“雙剪屈服准則”一直沒有正式發表。

“那薄薄的4頁紙(論文稿),是在德國‘轉機’后才飛去了英國。”1981年,時任西安交大機械零件教研室主任曹龍華赴德國公干之際,將論文帶給在德國斯圖加特大學進修的同事李中華(現供職於上海交大),然后由李中華代為向國際學術期刊投稿。

幾經輾轉,1983年,俞茂宏的論文《雙剪應力屈服准則》(英文版),在英國《國際機械科學學報》上正式發表,這一原創性理論的第一次公開亮相就走入國際學術視野。彼時,距他首次提出“雙剪”概念,時間已過去22年。

論文發表后,迅速引發了國際學界關注。英國塑性理論的權威希爾曾就文章提出的公式進行評論,學報編輯部在轉達論文評審意見中認為:“‘雙剪’的概念沒有聽說過,光這一條就值得發表。”

長期以來,基礎理論研究因為周期漫長,成果前景不明顯,直接經濟效益低而難以得到社會關注。在數十年的研究中,俞茂宏獲得的經費支持還不到20萬元。

1992年,他的學術專著《強度理論新體系》,在新加坡華僑林大芽的資助下付梓出版。此后,“統一強度理論”的學術觀點在國內學界才得以逐步推廣並獲得認同。

俞茂宏取得的研究成果,離不開一群“好心人”的關懷,如今,他要將這份關懷延續下去。2015年,在妻子患病臥床,自身眼疾也需要治療的情況下,俞茂宏毅然將“科學與技術進步獎”所獲20萬港幣獎金悉數捐出,用以設立基礎力學優秀學生獎勵基金。耄耋之年,俞茂宏還要堅持為基礎學科人才培養再培上一抔土。

“年輕人!層出不窮的年輕人!是振興中華的希望!”小小的書房裡,窗口的微風輕輕拂過俞茂宏的銀發,和煦的陽光在老人身上勾勒出金色的輪廓,寧靜而慈祥。

趕在失明前把研究成果貢獻給國家

幾十年如一日的伏案工作嚴重透支了俞茂宏的雙眼。2015年5月的一個夜晚,年過八旬的俞茂宏在電腦前著書時,右眼突然一片漆黑,俞茂宏用毛巾熱敷半小時才逐漸復明。

“當時隻當是眼睛疲勞,沒想到……”

“俞茂宏這病是累出來的!”在西安交大,熟悉俞茂宏的人都知道,他是個不達目的不罷休的完美主義者。

每天完成繁重的教學科研工作后,晚上11點至深夜兩點,才是俞茂宏進行強度理論研究的“專屬時間”。他常常為解答一個問題廢寢忘食,也曾為寫就一篇論文參考了一千多篇文獻﹔為了更好地表述用來闡述統一強度理論的單元體模型,他將圖表反反復復修改幾十遍——如今,得益於這一模型,課堂上的力學教師能夠在30分鐘之內推導出統一強度理論。

2016年,一條“西安交大俞茂宏教授急聘秘書”的告示,感動了無數學子。俞茂宏突發眼底黃斑病變,無法閱讀和寫作,老人多年的學術成果無法及時總結。

消息傳出,響應熱烈。在社會各界的幫助下,俞茂宏完成了專著《統一強度理論及其應用(第二版)》《統一強度理論簡介》等,並在世界級科技出版集團Springer以及CRC出版社順利出版。

如今,俞茂宏的左眼已完全喪失光感,右眼視力下降到0.1,為了能趕在雙目失明前籌劃撰寫完12部理論專著(中英文版),85歲的高齡老人憑著記憶在浩如煙海的資料中摸索書籍,核對數據,檢索文獻。其中,僅是編纂《岩土力學三部曲》第一部《土力學新論》,歷時14年,前后已修改了15版。

“我的工作效率太低了,在失明前要趕緊把頭腦中的研究成果貢獻給國家!”俞茂宏不好意思地說。

(本報記者 張哲浩 馬榮瑞 本報通訊員 崔可嘉)

(責編:高巍、趙晶)
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