武汉大学结构力学学科史话 量子力学史话 曹天元

一、历史沿革
武大工学院于1928年成立后,首先于1929年设置土木工程系。在此后的年月里,随着武大被国内外评论为中囯四大名校的同时,土木系也处于全国一流行列。

1952年全国院校大调整过程中,武大的定位是纯文理大学,所以许多学科如外文,哲学等都调整到其它学校,工学院完全解体,土木系的部分教师调整到長沙参加组建当时的中南土建学院。但由于工学院的水利系即將独立,所以把土木系的结构力学,钢筋混凝土学,土力学等教研室以及有关土木建筑结构力学等中外图書杂志都保留下來。在那次大变动中,结构力学教研室没有受多大影响。这样算起来,武大的结构力学学科己有84年的历史。

解放前,没听说过有教研室及统一的教学大纲,教材取捨及进度,授课老师的自由度很大。解放后开始有教研室。我们的教研室是一个老中青结合的教学和研究工作的团队。50年代是一个值得囬忆的年代,那是个进取的年代,学习的年代,学俄文,学习新知识,群策群力团结奋斗的年代,为了搞好工作,教研室党支部提出的口号是:“拧成一股绳,心向一处想,劲向一处使”。就这样,靠大家的力量和智慧,成功地编写了我们自己的《结构力学》教材。这本教材得到广泛的关注和好评。它力争兼容了英、美和俄文教材的优点,它注意反映了我们学校过去的和当时的一些研究成果。

教研室投入很大力量开展的另一个课题,是把材料力学和结构力学综合为一门课程的工作,开始时,校内外有不同的声音,但到后来市面上出现了不少和我们的作法相类似的教材著作。 


二.、俞忽 教授
讨论武大结构力学学科,不能不讲俞忽教授,他在土木系成立后的笫二年即1931年被武大正式命名为国立武汉大学后的首任校长王世杰聘请到土木系任教结构力学,一直到与世长辞。他早年留学英国攻读土木工程时期就曾自费出版过结构力学著作,可以说他將毕生精力完全投入到结构力学的教学和研究工作。他为后世留下许多宝贵著作,现在就我所知,筒单罗列如下: 

1,内容独特的结构力学讲义,他给我们班讲课时用的是英文铅印的版本;
2,龙门书局出版的用中文编写的《结构力学》;
3,在学术期刋上发表的有关刚构、振动、穏定等课题的论文;
4,科学出版社出版的专著《静不定结构》;
5,在学习苏联过程中,他率先翻译出版达可夫编著的俄文《结构静力学》教材;
6,为了和所译的苏联教材对比,他同时出版了一本对比性资料;
7,他组织我们年轻教师和他一起合译并出版菲利波夫编著的俄文版结构振动学;
8, 经常为教研室教师编写研究心得材料。
总之,他在对“刚构”、“板结构”、“悬桥”、“拱桥”等结构的力学分析方面都有独到的见解,並应用他的力学知识为多项工程建设提供过有价值的建议。

他在力学基本理论及方法等方面创造性成果很多,就我浅见所识,至少有如下几点:
1,手算解线性联立方程时他喜欢用他创用的逐渐加值法;
2,求解杄件的静力丶动力、及稳定问题时,釆用正弦級数外加多项式的办法,从而使正弦级数不限于用于两端简支梁;
3,求解双向板结构力学问题时,设法找到了將复杂的双级数改变为单级数的办法;
4,在求解有倾斜构件刚架时,提出的β方程式,使计算工作既便捷又准确;
5,创用的集体分配法,不仅极大地缩短了普通分配法的计算过程,而且有可能得精确答案;
6,很早就提出了刚构中半窂结的概念。

三.俞忽 教授的学生们
俞忽 教授教过的学生很多,这里仅介绍我熟悉的三位。
1,王坚白,俞忽教授晚年的一位研究生,在校期间他就发表了一次分配法和地基上拱结构等方面的研究成果,並积极参与结构力学出版教材的编写。毕业后分配到北京水科院作研究工作,后因病不幸早逝。他在患病期间,完成了一本结构力学专著的编写。这本书很有特色,尤其在比拟方面很巧妙地將一些结构力学简图的机理用另外的构造机理來代替,从而可达到更直观易解的目的。

2,王前信,我土木系同班同学,毕业后分配到国家地震局力学研究所。他的著述颇多,文中常用到俞老师的方法。其中相当一部分讲的是结构力学基本概念和原理,比如,有一本专讲结构力学谋略。他还编写一本结构抗震力学三字经,简明呃要,难能可贵,世界顶级地震专家在杂志上介绍后,为了给世界上许多索书同行邮寄,他很忙了一阵子。

3,周泽西,52年院系调整时隨土木系到长沙参加中南土建学院组建。在50年代,这个学院曾出版一部结构力学教材,内容相当丰富,是一部不可多得的教材。他很重视俞老师的著作,他曾写信给我,提议组织力量深入研究,我囬信同意。随后文革发生,我下放农村,他不幸去世,这件亊就此作罢。

四、说说我的工作
我几十年来,虽然捨得花时间,但由于反应慢,效率低,成绩和投入的时间不成正比例,真正能使自己満意的工作不多。当然也有一些基本能够说得过去:

1,在《结构力学》教材中编写的位移法和力矩分配法;
2,在结力和材力的二合一教改中,和其它同志一道完成了试点班教学及随后多次教材的改编。这项工作有利于减轻学生负担,也有利于教师向全科发展;
3,在水利学院学报上发表的:《用集体分配法求解梁的纯強迫振动》一文,被国庆十年大型丛书:《十年来的中国力学题录册》中编入。
4,在土木工程学报上及教材中发表的《无剪力分配法》,曾得到蔡方荫先生不止一次的论文中肯定,应指出这篇东西得益于俞忽老师在教研室中一次报告会的啟发;
5,我退休后编写的《工程力学策略与定性》一书得到广泛的关注。是一本国内较缺的结构力学定性著作。感谢有关同行,在定性结构力学教学大纲中把它列为参考书;
6,我退休后编写的《工程结构灾难史料选编及研究》一书,是国内在这个领域较缺的一本书籍。有境外書商要买版权,有的学校已经把它列入收藏目录;
7,我最近出版的《結构力学隨笔》一书中,编写的材料非线性杆系结构实用算法,至少弥補了我一生教学内容的缺失,它的许多概念、术语都和普通材料力学及普通结构力学相通、相容,易学易懂。

五、科研成果的评价
近年来我国大力提倡研究工作的原创性,我浅见认为结构力学领域曾有过下列几次特级或一级原创成果:
1,虎克定律的提出,为线弹性结构力学及许用应力设计准则奠定了基础;
2,材料塑性规律的提出,为塑性力学及极限状态设计准则开创了道路;
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3,加筋材料的发明,开创了钢筋混凝土结构学科;
4,力矩分配法的提出,曾有不少人说它是计算方法上的一次革命;
5,有限单元方法的提出,使人们找到了一个求解复杂构造的有效途径;
7,压杆临界压力的欧拉公式的发现,开啟了结构穏定理论的发展;
8,达朗伯原理的提出,有效地促进了结构动力学的发展;
9,虚功概念的提出,为结构力学的求解方法打开了一个新的山门;
10,苏联科学家提出的位移法,將英美流行的倾角位移公式从抽象变成具体,有力地促进了位移法的发展;当然还不止这些。
其它大量研究成果如推广,改进,变态或应用研究等,虽然都很宝贵,但应归于第二级以下。比如我新书中写的对一种能提高减震效果装置的力学解读,虽然是一个研究心得,但在原创系列中是无級可言的,因为没有它並不影响该装置的发展。然而这个装置的发明则应是某一级别的原创。高等原创是从无到有,而从有到更好的研究成果应归于二级以下。作为研究型大学的武大应多出些高等原创成果。

上边我讲了许多,但都仅限于过去,而且也不全面,没有包括其他老师的大量工作成果更没有涉及现在及未来。现在可借用毛主席的一句话來说明我的想法:既往矣,数英雄人物还看今朝。 

六、我常思考的两个问题
1,作为研究型重点大学,靣对高起点生源,结构力学教什么?怎么教?学生怎么学?培养规格和建筑类中專有什么区别?
2,在已存在不少高门槛学术交流平台的同时,应不应该为广大师生搭建多种形式的山寨式交流平台?
单一高门槛(包括烦琐的格式方面的苛刻要求等)的为害性有多大?
以上所写属个人浅见,欢迎指正。

  

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