第八节 力学
1957年,中国科学院土木建筑研究所(现国家地震局工程力学研究所的前身)陈宗基发
展了他在荷兰Delft理工大学期间进行的粘土流变力学理论工作,包括考虑粘土流变性质的固
结和次固结理论,以及从微观研究出发确定粘土的结构力学等两个方面,研究了粘土固结与
次时间效应的三维、一维与二维问题,其中把粘土的剪切本构关系视为马克斯韦尔体,体变
本构关系为胡克体,较好地解释了饱和粘土的次固结的实质。在为当年于伦敦举行的国际粘
土力学与地基基础工程会议提供的“粘土结构力学”论文中,创造性地提出了一种粘土微观
结构的学说。
1962年,中国科学院土木建筑研究所刘恢先为实现水坝模型试验中库水的模拟,根据能
量法原理提供了一个方法,即先测出模型无水时的自振频率,然后充水,测出有水时的自振
频率,再根据正确的模型液重加以修正。运用该方法在模型试验中获得了满意的结果,该方
法其后仍为工程部门采用。
1962~1964年,中国科学院土木建筑研究所王光远和他的同事们在大模型试验和对大量
真实建筑物进行测试的基础上,指出在建筑物的静力和动力计算中必须考虑建筑物的空间整
体作用,不能把建筑结构分割成一系列平面体系进行计算。由于在上述试验和实测中发现了
在建筑物整体变形时,屋盖和楼板在其本身平面中呈现以剪切变形为主的特点,因而,建立
了以横向排架和框架为约束的剪切梁系的计算简图,不仅符合实际,而且简便实用。此项研
究成果被评为1964年国家重大科研成果,为国家一些设计规范所采用,1978年获全国科学大
会奖。
1964年,东北重型机械学院傅宝连先后以外文和中文在《中国科学》(外文版)和《力
学学报》发表了《热弹性力学的广义变分原理》论文,引起美国和意大利力学家的重视,同
时,也得到著名科学家钱伟长的首肯。
1965年,中国科学院工程力学研究所(原土木建筑研究所)门福录在《科学通报》上发
表关于饱含流体弹性介质和粘弹性介质中波的传播问题的论文。
1976年,哈尔滨船舶工程学院罗培林,运用毛泽东《实践论》、《矛盾论》两书中的观
点,认定承载结构从受力开始,直到破坏,始终存在外力和内力的矛盾和斗争,结构破坏,
标志量变发生质变,极限载荷是量变到质变的转折点。遵循唯物辩证法的思维途径,罗培林
将承压杆件、圆环、圆筒壳和球壳承载能力的分析与计算,一步步向下推演,推出表示各种
弹塑性材料应力应变非线性关系数学函数式,用以计算压杆实际临界应力,结果与实验一致
。
1977年,哈尔滨工业大学许耀铭,改进了国产曲轴连杆式液压马达。许耀铭认为,该产
品的性能和寿命,主要取决于连杆曲轴和配流轴配流套两对关键摩擦副的液体静压平衡。他
研究分析压力油在滑块和曲轴间形成的大约20微米厚度油膜,指出液体压力场支承连杆传来
的巨大推力,摩擦副间由纯液体润滑,油膜成为液体弹簧。油膜的刚度使油膜适应外负载力
的改变而本身不至于被破坏,从而使液体静压起支承作用。许耀铭抓住油膜的刚度同阻尼器
的液阻相关又取决于油膜的厚薄这一环,包括选择阻尼器在内,设计、提出计算公式,推出
可行办法,制出理想的液压马达。
1977年,哈尔滨工业大学盖秉政与中国科学院工程力学研究所刘殿魁在《论孔附近的动
应力集中》一文中共同提出动弹性力学问题的复变函数论方法,并以此为手段分析了一些孔
洞的弹性波绕射与动应力集中问题,这项工作是对著名力学家Г·B·科洛索夫、H·И·穆
斯赫利什维利的同类静力工作的突破。在后来的论文中,盖秉政又将动复变函数论方法推广
到弹性波对多连通域的绕射、非均匀介质腔的绕射、非稳态波冲击腔体、以及电磁波的绕射
问题。
1980年,哈尔滨船舶工程学院朱典明,作为访问学者,在荷兰的瓦赫宁根,利用荷兰船
模水池试验中心的试验条件研究船舶用的摆线推进器。摆线推进器,又称竖轴推进器或直翼
推进器,虽然用于船舶推进已有多年,但理论和实验研究一直不断,特别是对海上钻井船,
扫雷艇之类需急速转弯的船舶更有足够的吸引力。朱典明专注于唯一可供实际应用的日本学
者谷口中的方法,不放过原方法中处理十分粗糙的地方,从试验的雷诺数影响出发修正阻力
系数,考虑叶片攻角加大造成失速影响而修正升力系数,缜密考虑推进器叶片曲线轨迹和叶
片旋转影响而求得有效攻角表达式,终于得出新的计算摆线推进器性能公式和程序,又应用
计算机计算摆线推进器的推力系数,转矩系数和效率系数,与实验结果符合,明显地将谷口
中方法向前推进。他还发现,当摆线推进器进速增大即进速系数加大时,各性能系数都处于
负值,明显呈制动状态即透平工作状态。推进器发出负推力,相当于一个制动器,同时也不
吸收转动功率而是发出功率,成为水力透平。他由此设想将此原理应用于国内有发电潜力的
沿海潮汐和落差达3.5米以上的大小河川发电。于是又把推进的摆线推进器理论计算方法扩
大到透平范围。
1981年,东北林学院倪元增在《索道的摄动法计算》中,为大垂度悬索线形的计算提供
了工程实用算法,扩大了原抛物线理论计算的适用范围,提高了计算精度。所用方法的三次
渐近解,在全线各点仅有千分之几的垂度误差。
1982年,东北重型机械学院周铁农、李德连,为设计带钢镀层生产线上吹风装置和热轧
带钢层流冷却装置等的喷口形状,用理论分析方法,推导出了连续泄漏管路中流体对流的压
力及泄漏量分布曲线数学表达式。
1983年,东北林学院方广盛、金彦伦在“PH—P4000T热压机立柱的疲劳与断裂”研究中
,应用断裂力学理论和方法,配以断口分析技术,分析并逆推出波兰制造的该立柱具有8~1
0mm的原始类裂纹。
他们在友好林业局同吴永康、王学毅、方国华合作在集材—50拖拉机的断裂分析与技术
改造的研究中,应用材料力学和断裂力学的理论和方法,对机车大梁和后壳体进行了理论分
析,同时,进行动态电测测试分析,进行了五项技术改造,发表系列论文4篇,获林业部科技
进步三等奖。
同年,东北林学院陈守谦在《GJ-85A防振型油锯的研制》论文中阐述了国产高把油锯减
振原理、试制、生产及制造的全过程,为国产高把油锯的研制开拓了新的途径。研究成果获
林业部科技成果三等奖(1984年)。
同年,哈尔滨船舶工程学院王振邦,发现摆线推进器在原理上可逆,能呈透平机工作状
态本身便是向大自然索取能源的钥匙。王振邦主张,研究摆线推进器的性能必须同研究摆线
推进器的功能同时进行。王振邦从摆线推进器典型机构的运动分析入手,导出计算流体动力
所需叶片位置角度的计算公式。
1984年,哈尔滨船舶工程学院吴鸿遇、朱典明,发现常规摆线推进器做圆周运动的叶片
,因受固定偏心率控制,攻角变化很大,叶片不是在任何轨迹角都呈最佳攻角状态,限制了
摆线推进器效率的充分发挥。摆线推进器叶片的攻角周期性地随叶片轨迹角而改变,他们由
此找到根据,便由几何图形获得表达式,接着又利用动量定理和加粘性修正办法给出补充方
程,做到摆线推进器效率能够计算。之后,他们根据提高输出有用功和输入功比值原理,列
出不同进速、不同轨迹角下推力和旋转阻力之比,得到摆线推进器的新函数,解得最佳攻角
。这是恒定的最佳攻角,与船用螺旋桨在设计航速下选取合适螺矩比的概念极为相似。经计
算,恒攻角摆线推进器比常规型摆线推进器最佳效率相对提高5%以上。1984~1985年,他们
在五常县龙凤山水库成功地进行了1千瓦直叶片水轮电机水流发电试验以后即转入海流潮汐发
电的研究。
1984年,哈尔滨建筑工程学院王光远、王文泉在国内外首次提出“结构模糊优化设计理
论”,考虑了结构设计中的一些模糊性因素,使设计得到的不再是一个所谓的“最优解”而
是一族“满意解”,从而可在满意解族中作进一步的优选,找出最实用的设计方案。后来,
这项成果获得1986年国家教委科技进步一等奖、1987年国家自然科学三等奖。
1985年,东北重型机械学院韩德才、哈尔滨工业大学许耀铭,实验研究三角形断面阻尼
管压力流量特性,发现一百多年前他人表征等边三角形断面阻尼管压力流量特性的理论结果
同实际情况有出入,遂提出流量系数近似公式。
1985年,哈尔滨工业大学盖秉政在解决有关断裂力学问题时,提出映射非正交展开法,
并以此为手段在《带有单内裂纹的任意形横截面柱体的Saint—Venant扭转问题》等论文中分
析了有限体内裂纹尖端处应力强度因子,提供了双连通域中扭转及弯曲应力强度因子的解析
算法或简洁的解析算式。后来,在《含有多个裂纹的任意有限多连通域的Saint-Venant扭转
问题》的论文中,又把映射非正交展开法发展为所谓的解析有限元法,用以求解有限多连通
域内的多裂纹问题。盖秉政所提出的这套解析裂纹体的办法在断裂力学的一系列纹体的分析
方法中具有一定的开创性与普遍性。
1985年,哈尔滨建筑工程学院王光远、欧进萍提出地震作用下结构模糊随机振动概念和
计算方法,后来发展为“模糊随机振动理论”,在结构动力学和模糊数学中分别开创了崭新
的研究领域,形成了新的学科分支。研究成果获得1992年国家教委科技进步一等奖。