子曰:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”分享 http://blog.sciencenet.cn/u/sqdai 上海大学教授

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好用的力学,好玩的力学 精选

已有 6482 次阅读 2011-1-31 11:35 |个人分类:科海随笔|系统分类:科研笔记| 力学, 结构力学, 蚕丝力学

seminar办得远近闻名,宾客如云,不易!把seminar办得红红火火、热热闹闹,更为不易!昨天的上海大学力学所705seminar就达到了这一境界。你看,主讲人行云流水般讲,满屋子人聚精会神地听,甫一讲完,一二十个问题连珠炮般接踵而来,主讲人舌战群儒,主持人欲罢不能,不知不觉地过去了两个多小时!

把力学做得好用(即信手拈来,随手可用),很难!把力学做得好玩(即引人入胜,兴致盎然),难上加难!昨天,力学界新锐冯西桥的报告就达到了这一境界。张牙舞爪的网状结构物,春蚕结茧、蜘蛛结网吐出的绵绵长丝,到了力学人的手里,都蕴涵深奥的道理,都成了掌上玩物,都成了妙趣横生的话题,听得人人开心!两个报告,无可辩驳地证明:力学无处不在!

对我来说,固体力学话题是外行,还是忍不住稍加点评。

 

将张拉结构把玩于股掌之间

 

第一个报告的题目是“张拉整体结构力学”。

现代建筑物中,张拉整体结构比比皆是。说得近一点,上海世博会的世博轴上的六个阳光谷和绵延几近一公里的遮阳膜,就是典型的张拉结构(参看2010-04-26的博文,http://blog.lehu.shu.edu.cn/sqdai/A189717.html )。在航空航天航海的结构物中也随处可见。不过,冯西桥他们似乎把注意力投向了碳纳米管的构建和生物中的微结构。

他的报告的特点是:提出新颖的构想,把分子动力学计算(蒙特卡罗方法)运用于结构找形,把一个个网状结构的结点视作分子,把形成的单元看做胞元,令人匪夷所思!还把拓扑学和图论知识用于结构优化,给出了Z类张拉整体结构的充要条件,鼠标一点,令人眼花缭乱的张拉结构就呈现在眼前(当然,设计具体计算方案并不容易)。

全新的构思,全新的方案!难怪此项工作引起了国内外的广泛关注。

最令人欣赏的是其中体现的方法论:把微观-介观-宏观之间的联系拿捏得如此精到,用微观方法来演绎宏观结构,这是最可效法之处。

联想起三天前,我在电视上看到的世博轴阳光谷的设计、制造过程,觉得上海的工程师们很了不起,12930块形状各异的三角形钢结构单元,精密地拼装成异常美观的阳光谷,它们能抗击12级以上大风!工程师和技工们为此付出了艰巨的劳动。听报告时我想,如果让冯西桥他们也投入这个项目,想必可大大减少此工程预研的工作量。

 

将蚕丝结构勾画得丝丝入扣

 

第二个报告的题目是“蚕丝力学——蚕丝的多尺度力学研究”。应主持人的要求,冯西桥教授接着做了这个“备选报告”,听起来更加好玩。

中华民族了不起!我们的先祖五千年前就养蚕缫丝,制作彩色丝绸;马王堆古墓里的丝绸裙子薄如蝉翼,仅40重;历史上有举世闻名的丝绸之路。但很少有人用力学来研究蚕丝。

年青的教授冯西桥就带领比他年青的学生,对上千米长的蚕丝的力学性能(杨氏模量、拉伸强度、屈服应力等)做了全面细致的研究。

从这个报告我得知,一条蚕最后能吐丝约1200长,直径为微米量级;每根蚕丝有复杂的层次结构:先有两股,每股剥去外层后,内含十万根纳米级直径的细丝;蚕茧有各向异性结构。

怎么得到这些结果的?用冯西桥的话来说,一是“折腾”蚕宝宝,二是“折腾”学生。

人家蚕宝宝刚刚吐丝结茧成型,他们就破茧抓出蚕宝宝;蚕宝宝又结成新茧,尚未竣工,又把它抓出来从头再来,如是者三四。“春蚕到死丝方尽”,一条蚕可结三四个茧,而且一个比一个矮胖、结实。接着,冯西桥又策动研究生,一段一段测量不同蚕丝的力学性能,总结出合理的规律。

怎么研究每条蚕丝的纳米结构?他们又搞出了个发明专利,用超声波的空化作用来剥离蚕丝的外层,显示其内蕴。

这里不能一一细说了,总而言之,过程既科学,又好玩。

冯西桥他们不但研究蚕丝,还研究了蜘蛛丝,澄清了外国人提出的一些关于两种丝的强度区别的疑问。冯教授还告诉我们,为什么我们不用蜘蛛丝织成的布?原因是:蜘蛛没有群体性,几个蜘蛛在一个小空间里必定自相残杀,没法群养。

报告之后的问题是五花八门的,其中一个最为入门性的问题是:蚕丝为何像双股电线?答案是:“因为蚕丝是蚕宝宝从两个鼻孔里吐出来的!”这里头倒没有太多的力学,不过,挺好玩:有人问得出来,主讲人又能不假思索地回答。

难能可贵的是冯西桥他们能想人所未想,做人所未做,所以常能掘到“第一桶金”。

 

年青新锐甚是了得

 

最后对冯西桥稍做介绍。

按习惯说法,他是“三清团”,本硕博均在清华完成。依我看,他是“四清干部”,因为博士后也在清华(核研院)做的。一般来说,“近亲繁殖”不好,但谁不想把最好的留下?此后他成为洪堡学者,33岁就当了教授、博导,现为清华大学生物力学研究所所长,中国力学学会最年青的常务理事之一,青年工作委员会主任。

冯西桥几乎拥有当代中国青年学者的所有荣誉:全国首届百篇优博,教育部跨世纪优秀人才基金,“杰青”,“长江”,中国青年科技奖获得者等等,而且是实至名归。

此次应我所张田忠教授之邀专程前来我所做报告。此前,我曾两次口头邀请他,作为铺垫。

 

请学界新锐来做报告极为有益。我愿进一步做铺垫,已选中了目标:中国力学学会本届理事会的最年青的理事,他比冯西桥还年青四岁;再下一个是女将。

 

写于2010514日晨



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