综合评议意见四之全文

  周筑宝先生最小耗能强度理论已写入他的最新专著，此书将在2001年1季度由科学出版社出版，并有工程院院士为之作序。但认真看了内容之后，发现存在很多根本性的问题。

      1. 最小能量原理，最小势能原理，最小余能原理，最小耗能原理，最小作用量原理等都是早已有的东西。有时名称不同，但实质相同。很多是100年以前的，如最小作用量原理是1744年就由马保梯最先提出，以后的各种最小原理都可以从这个概念出发得出。20世纪中有不少论著，如Kellog的势能原理(1929书)，Sadovsky的最小塑性抗力原理(1943)，Greenberg的最小余能原理(1949)，Yang的最小能量和最小耗能理论(1986书)。这些无论对稳态和瞬态都是成立的，国内学者也都有大量的研究。但周先生多次宣称自己提出和证明最小耗能原理(附件1第4页)，提出并证明了…最小耗能原理(附件1内容简介)等等。这种做法是对历史的歪曲，也是对评审者和粗心读者的误导。

      2. 同样地，周先生又宣称自己提出了将能量与强度理论联系起来的新思路并作为本项目的创新点。事实上，早在1885年Beltrami就已经提出了能量强度理论。但这一理论由于与实验结果不符而早就被淘汰。Maxwell(1856，未发表)和Huber(1904) 的部分能量理论(只考虑形状改变能部分)才与部分金属材料的实验结果相符。但仍与其他大多数材料不相符，说明材料强度与能量并无确定性关系。周先生在附件(第50页)，把Beltrami的全部能量包括体积改变能和Maxwell的部分能量混淆起来。掩盖了Mises准则也是部分能量理论的事实。

3. 周先生的最小耗能是全部能量，导出的是部分能量的Mises准则。那么体积改变能耗能到那里去了？周先生的能量强度理论是自相矛盾的。实质上周先生是假定了Mises函数，然后再导出Mises准则，这是一种循环论证的方法。后面的混凝土多参数准则实质上也是先假定一个函数再去推导，事实上，不必冠以能量的名称也能推导出来，其它情况也有些类似。

对“综合评议意见四”所提若干问题的答辩（此答辩意见于2001年11月寄给了该基金委员会）

  在仔细阅读了2001年9月29日随“未获资助通知”一起反馈回来的五份评议意见之后，发现其中的一份除指责我在项目申请书之附件1(即由科学出版社在2001年2月正式出版的 《最小耗能原理及其应用》一书的第3章)中歪曲历史、误导评审者及粗心的读者、存在很多根本性问题之外，还对为该书作序的一位院士隐含着一丝不够尊重之意。为此，我不得不对这份评议意见作出如下答辩。如果可能，请基金委员会将此意见转给该评议人，他如有不同意见，我们还可以进行公开的深入讨论。

  1. 该评议人在第一条意见中称：“最小能量原理、最小势能原理、最小余能原理、最小耗能原理、最小作用原理等都是早已有的东西。有时名称不同，但实质相同。”它们都可以从1744年由马保梯最先提出的最小作用量原理的“概念出发”得到。显然，如果该评议人的上述高论真的成立，则不仅我的关于最小耗能原理的研究工作毫无价值，而且Yang的研究也应该是毫无价值，因为早在100多年前Helmholtz就已经提出过一个最小能耗原理了。同样，由此高论还可以引伸出另一更普遍的问题，即为什么20世纪特别是20世纪中、后期以来，国内外的学者还要对这类问题进行“大量的研究”？可见该评议人的上述高论并没有得到继续从事这类问题研究的众多学者的认同。有趣的是，该评议人对20世纪以来国内外学者的“大量的研究”(我的研究除外)似乎还是持肯定态度的，这种态度与他的上述高论之间是否有点矛盾呢？与他对我的研究工作的全盘否定相比，是否还反映出该评议人在对待这个问题上是按双重标准行事呢？其实该评议人之所以会发出上述高论，是由于他在关于非平衡态热力学方面的知识过于贫乏造成的。因为由现有的各种有关非平衡态热力学的专著(例如文献[2]、[3])都可知道，现有的最小能耗率原理的理论基础，实际上是由Prigogine于1945年确立的最小熵产生原理奠定的。但是因为Prigogine的最小熵产生原理只适用于平衡态附近线性区的稳定态，所以现有的最小能耗率原理也只能是在同样严格的限制条件下才成立。多年来许多学者都致力于拓展Prigogine的最小熵产生原理(实际上也就是最小能耗率原理)的适用范围的研究，但均无突破。这应该是熟悉非平衡态热力学的学者们所周知的事实，因此该评议人的上述“高论”只能证明他在这方面知识的贫乏。另外还需要特别指出的是：众所周知，能量、势能、余能、耗能及作用量，分别是内涵并不相同的一些概念，它们的最小原理会真的（如该评议人所说的那样）“实质相同”吗？又例如，对非线性弹性静力学问题而言，单向受力情况下的总能量可分解为弹性势能和余能两部分，若弹性势能部分大则余能部分就小，反之亦然。显然这个例子就足以证明该评议人上述高论的可笑。

      2. 该评议人在第一条意见中还写道：“周先生多次宣称自己提出和证明最小耗能原理(附件1第4页)，提出并证明了……最小耗能原理(附件1内容简介)等等。这种做法是对历史的歪曲也是对评审者和粗心读者的误导”。需要指出的是，该评议人对附件1（即参考文献[4]）的上述引用是不完整的，仅仅是该评议人为了举证我“歪曲历史”和进行“误导”所作的一种断章取义式的技术处理。因为我在附件1（即本书之参考文献[4]）的内容简介中的完整叙述是“本书根据非平衡态热力学理论，提出并证明了一个与现有的类似研究成果相比，具有更大适用范围的最小耗能原理。”(该书正式出版时责任编辑将其改为：“本书根据非平衡态热力学理论，提出并证明了一个比现有的类似研究成果适用范围更大的最小耗能原理。”)，并且在附件1（即文献[4]）第5页(正式出版的书的第8页)还进一步简述了最小耗能原理的研究历史及我提出的最小耗能原理与以前的研究成果有何不同，现将原文引述如下：“关于最小耗能原理的研究，如果从Helmholtz针对不可压缩粘性流体提出的最小能耗原理算起已有100多年的历史了。以后众多的学者对类似的问题作过进一步的研究，但他们的研究都需加上‘平衡态’或‘稳定态’的限制条件，即认为只有当系统处于平衡态或稳定态时，其能量或其耗能率才取与施加于该系统的约束条件相适应的最小值。而文献[5]及本章的讨论则是在一般情况下对整个耗能过程进行的，在引入瞬时稳定态的基本概念之后证明了在任何耗能过程的每一瞬时，系统都将在与其相应的约束条件下取当时所有可能耗能率的最小值。于是只要已知耗能过程中耗能率的表达式及耗能过程所应满足的约束条件表达式，则相对于整个耗能过程的任意时刻均可建立取驻值条件，由这些取驻值条件则有可能求得一些适用于耗能全过程的有用结果。”综上可以看出，在附件1中不仅阐明了我的研究与现有的类似研究的不同，而且也没有歪曲最小耗能原理的研究史(因为首先提出“最小能耗原理”的应该还是Helmholtz，这已为国内外许多学者所公认)。遗憾的是，该评议人为了证明我“歪曲历史”并进行“误导”的事实成立，把以上能够证明我没有歪曲历史、没有进行误导的内容都舍弃了。

      3. 该评议人在第一条意见中还写道：“20世纪中有不少论著，如Kellog的势能原理(1929书)、Sadovsky的最小塑性抗力原理(1943)，Greenberg的最小余能原理(1949)，Yang的最小能量和最小耗能理论(1986书)。这些无论对稳态和瞬态都是成立的”。实际情况真是这样吗？以该评议人特别指出的，距今最近的“Yang的最小能量和最小耗能理论”为例，Yang的最小能量原理认为：“当一个封闭的耗散系统处于稳定平衡条件时，其能量必须等于最小值，且该值依赖于施加给该系统的约束。”。该原理中所说的“稳定平衡”实际上就是热力学中所说的平衡态而非一般的“稳态”，也非“瞬态”(即过程中的任意瞬时状态)。另外Yang的最小能耗率原理则认为“当一个封闭的耗散系统处于动态平衡情况时，其能耗率应为最小值，且该值取决于施加给该系统的约束”。该原理中所说的“动态平衡”实际上就是热力学中所说的稳定态(或称稳态，也称定态)，而不是耗能过程中的任意瞬时状态(即瞬态)。众所周知，“稳定态”(即动态平衡情况)与“瞬态”(即过程中的任意瞬时状态)的区别在于，稳定态可以包容平衡态但不能包容瞬态，瞬态则可以包容稳定态和平衡态。以两端具有温差的一维热传导问题为例：在两端温差给定的一段时间之后，杆内的热能分布达到一种“动态平衡”，这种“动态平衡”即热力学中所说的“稳定态”，而在从给定温差之时开始，直至杆内热能分布达到稳定态之间的这段时间内，杆内的热能分布状态就不属于“动态平衡”(即稳定态)了。综上可见，Yang的最小能量原理只适用于平衡态，而Yang的最小能耗率原理只适用于稳定态。这表明该评议人所谓的它们“无论对稳态和瞬态都是成立的”说法并不成立。而附件1（即文献[4]）中提出并证明的最小耗能原理则适用于非线性非平衡态系统耗能过程的任意瞬时状态(即瞬态)，这就是在附件1（即文献[4]）的内容简介中使用了“具有更大适用范围”这样几个字的根据。

       以上事实表明，该评议人的第一条意见不仅欠客观公正，而且还反映出该评议人存在着一些基本概念不清的情况。需要指出的是，该评议人的上述评议意见，在评价附件1（即文献[4]）以及在是否给予该申请项目基金资助两个方面，倒是进行了一次实实在在的歪曲和误导。

       考虑到只要认真看过附件1之第三章(特别是3.7.1节，即文献[4]之3.7.1：对经典强度理论中能量理论的再认识)的人，就会明白该评议人的另两条意见是否真有道理，因此我不担心该评议人的后两条意见会给真正关心此问题的人造成什么“误导”（这可由文献[6]最后之“结论与展望”即（ 1）最小耗能原理揭示了复合材料的破坏过程是要满足耗能最小的约束条件的实质。2）最小耗能原理给一些使用方便但物理含义不太明确的著名准则找到了合理的物理解释和理论依据。3）最小耗能原理给各向异性材料强度准则的建立提供了理论基础。4）同样可以将最小耗能原理应用于混凝土等岩土类材料中进行强度问题预报。5）可以将最小耗能原理和现有的经典的宏观、细观强度理论相结合，共同为复合材料的强度问题分析服务。6）最小耗能原理虽然可以从本质上解释材料破坏的实质，但破坏准则的表达式一般都比较繁琐，下一步工作将主要对其进行简化处理，以得到更广泛的应用。）得到证明，故在此仅指出如下两点：

       （1） 该评议人之所以会提出第二条意见，是由于他对附件1第三章（即文献[4]之第三章）中指出的“强度准则除了应该是一个促使材料发生屈服或破坏的能量的蓄积程度表达式之外，还应受到最小耗能原理的规范”这个观点没有弄明白所致。需要指出的是：第二条意见表明，该评议人在对本申请项目进行评议之前，根本就没有看过申请书附件1之3.7.1节(即文献[4]之3.7.1节)。因为对第二条意见提到的问题，在该节中不仅作了更详尽的叙述，而且还进行了回答。

（2） 该评议人在第三条意见的开始就说“周先生的最小耗能是全部的能量”，这不知从何说起？“耗能”而且是“最小耗能”怎么会是“全部能量”？我想任何人在“周先生”的附件1（即文献[4]）或其它文章中也找不出这种莫名其妙的观点。因此建立在这种子虚乌有基础上的第三条意见，也就无需再作更多的答辩了。最后笔者认为：该评议人或许就是曾在一些学术讨论会上，与笔者就笔者提出的最小耗能原理进行过争论并为此而耿耿于怀的某位先生。正因为此，这位先生才会完全不顾自己的“立论是否有据”地对笔者的申请项目进行了上述“评议”。

参考文献 

[1] 为笔者＜科学网＞博客题为“关于材料破坏理论若干问题的讨论之二：某基金委员会反馈囬来的4份有代表性综合评价意见之全文”的博文.

        https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3355154&do=blog&id=1316062

[2] S R Degroot,P Mazur.Non-equilibrium Thermodynamics.North-Holland Pub., Amsterdam,1962.

[3] 李如生. 非平衡态热力学和耗散结构. 北京: 清华大学出版社, 1986.

[4] 周筑宝. 最小耗能原理及其应用. 北京：科学出版社. 2001.

[5] 周筑宝等. 最小耗能原理及其验证和应用前景展望. 长沙铁道学院学报, 1997年第4期.

[6] 王宝来, 温凤春, 梁军. 基于最小耗能原理的复合材料强度问题研究. 第十四届全国复合材料学术会议论文集  (下). 2006,903～907.