陈立群
西安建筑科技大学力学技术研究院访谈
2021-6-17 22:57
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问:我们得知您致力于基础研究工作并作出突出贡献,在轴向运动连续介质非线性振动取得了创新型成果。而在我们生活中可以见到如动力传送带、磁带、纸带、空中缆车索道等均涉及轴向运动弦线的纵向振动,对非线性模型振动,您可以关于这一方面给我们介绍下吗?

 

答:2000年前后,我们团队开始进行轴向运动结构(也可以称轴向运动介质)研究,主要关注弦线、梁、板等结构,这类结构的特点是在固定端边界内部存在特定运动模式。静态弦线模型和梁模型的区别在于边界处是否存在质量流入或流出。以输液管道为例,在边界处存在质量流入或流出,因此它的数学模型可类比为轴向运动介质,不难看出此类问题在工程中广泛存在。学界亦在很早前便认识到这一现象,早期研究工作可以追溯至上个世纪五六十年代,现任美国工程院院长牟特的团队最先在该领域开展了一系列研究。该研究领域主要问题是,一个陀螺连续体的振动。我们通常所说模态或者经典模态,本质上是系统只由质量矩阵和刚度矩阵的确定。但对于某些特殊问题,如物体在转盘上的振动,存在整体运动和局部振动耦合时,就需要考虑为陀螺系统并用复模态进行计算。而轴向运动连续体,实际上是离散陀螺系统向连续体的推广,特别是涉及非线性项时,需要利用摄动法求解。摄动法是在一个可积系统的基础上进行摄动,当未摄动系统不是传统的保守系统而是陀螺系统时,则要考虑更为复杂的可解性条件。我们团队长久以来一直关注该领域的问题,近几年来,也取得了一些进展,特别是我们团队的丁虎教授,为军机厂发动机管道液压振动提供分析方案,对厂方工作提供了很大帮助。近期,我们团队工作重心是轴向运动结构的控制,并重点关注边界处的控制。如丁虎教授获得国家杰出青年科学基金,主要研究领域为轴向运动结构方向的振动控制问题。以上是我们团队在该学科领域过去、现在乃至将来的一些基本工作情况。

 

问:根据资料显示,大部分的航天器损坏失效都是由于振动所引起的。如何有效地降低振动对航天器的影响,搞清楚航天器在复杂动力学环境中的响应机制进而抑制航天器振动的危害是最大问题。您能简单谈谈非线性能量汇减振在其中的应用与拓展吗?

 

答:振动问题在航天、航空领域中受到高度重视,例如管道振动引发的航空故障已经超过总故障量的百分之六十,因此减振是一个非常有意义的课题。过去的研究当中,针对振动问题已付出大量努力,也取得了非常重要的研究结果。当前,我国大吨位运载火箭面临着更高的挑战,这就需要新的技术、新的方案作为支撑。引入“非线性”只是一种可能的技术方案。特别是在现有工艺条件下,以3D打印为代表的增材制造技术日趋成熟,为科研工作者通过非线性振动控制,设计火箭尾部适配器超结构,将减振设计每个单元并协同配合组成一个整体提供了理论支持。

 

虽然现阶段减振降噪取得了阶段性进展,但它本质上仍是一种新型的技术可行性探索,未必能完全替代原有成熟方案。我们团队正是认识到现阶段存在的“卡脖子”问题,而尝试从非线性能量汇减振角度提出一些改进,以应对现有技术难以妥善解决的理论困难,这便是我们给自己的定位。

 

问:研究生阶段是被动学习向主动科研探究的转化过程,您目前取得如此多的科研成果,有着大量教育教育教学经验,希望您能给予我们研究生一些学习、科研上的建议?

 

答:钱伟长先生曾经对不同学习阶段提出一个非常简单,但极具启发性的说法,他认为大学生要学会自学,硕士生要掌握调研,博士生要能够解决问题。在我看来,学生大学期间就要主动学习,研究生阶段更应该主动学习。首先,对课程设置应有充分的认知,打好坚实的理论基础并配合导师展开科研工作,形成科研-学习良性循环的模式。这也是很好的科研模式,要尊重导师,并跟导师积极配合。其次,不同学科、不同科研方向,对研究课题均有不同要求,严格来说,研究生不仅仅是单纯的“学生”,而是要在学习的同时做研究。

 

科研过程必然会遇到各种困境,处理这些问题时,往往并没有很充分的基础,此时不能再如大学生一般单纯依靠他人讲解和引导,而是要主动查阅相关文献。比如解一个方程,其中某个知识点没接触过,那就去找找相关学术资源,逢山开路,遇水架桥。最后也是最重要的,要有积极奋进的愿望和决心,也就是说真正想通过研究生阶段的学习,获得一些实质性的提高。这里不是要求学生好高骛远,而是应该有理想,有抱负,能够在科研当中投入足够的时间。有了这些前提基础,还需要开拓创新的精神,需要成就自我的愿望,需要管理时间的能力。这些要求不仅针对研究生,在任何一个行业,想要成就一番事业,都离不开这些能力。

 

原载于:力学技术研究院网站


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