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一号任务与一号项目
    时间:2017-2-20     点击率:1037

 

编者按:2016116日,是力学研究所成立60周年纪念日。在1956年的这一天,由陈毅副总理亲笔签署的国务院批复文件下达,中国科学院力学研究所正式成立,钱学森先生担任首届所长。在力学所走过的一甲子年间,力学人遵循钱学森的工程科学办所思想,为推进中国的近代力学事业、为推动中国的经济国防建设,做出了重要的贡献。力学所离退办和老科协力学分会向在力学所离退休同志征集回忆文章并编辑了纪念文集。老一辈力学人以国家需求为己任、艰苦创业和奋发拼搏的精神,是力学所60年奋斗史的精髓。本刊在“情系科学”栏目里陆续推出这批作品,以展示普通科技人员的风貌。

一号任务与一号项目

张双寅

1.引子

拂去经年的浮尘,显出征途的脚印;

眷念流逝的岁月,信科学大道无垠。

上世纪六十至七十年代是风起云涌的时代,政治运动跌宕起伏,科研工作无法正常进行,广大科技人员彷徨、无助,颇有“英雄无用武之地”的感慨。1976年是中国人民刻骨铭心的一年,也是中国历史大转折的一年。党中央一举粉碎“四人帮”,迎来了改革开放的崭新时期。科研工作也逐步走上正轨。我有幸参加了两项工作:就是1976年毛主席纪念堂的“一号任务”与1978年力学规划的“一号项目”。

2.参加“一号任务”,为毛主席水晶棺核算强度

197611月底,按所领导的指派,我参加了闻名中外的“一号任务”。就我所知,一号任务包括:毛主席的遗体保护、毛主席纪念堂水晶棺的制作、以及毛主席纪念堂的建设。我的工作是,对水晶棺进行应力分析,确保它在温差应力作用下安全无虞。

毛主席水晶棺的制造,是“一号任务”的重要组成部分。水晶材料与水晶玻璃平板由北京玻璃总厂制造;粘接用胶(环氧树脂)由中科院化学所研制。我们力学所二人(我与毛天祥)承担水晶棺的应力分析与强度预测,是保障水晶馆安全展示、万无一失的重要一环。

水晶棺是由五块水晶玻璃平板用环氧树脂粘接而成,是一个三维超静定空间结构。为了遗体保护,棺内温度很低,而棺外维持在室温下。内外温差有20多摄氏度,会造成温差(温度)应力。会不会因此引起破坏呢?值得认真研究。特别是,众所周知,玻璃是脆性材料,稍有不慎会发生裂纹快速扩张,导致突然破坏。

对这样一个五面体空间结构作细致精确的应力分析,难度不小。况且,由于十年“文革”,科研与学业荒废许久,加之当时对有限元计算技术的掌握还很欠缺,短期内给出精度较高的分析是不可能的。为了赶上任务的时间要求,我们不得不进行简化计算。当然,一切简化必须以保证安全为前提。

由于水晶棺的长度大于横向尺寸的两倍,忽略两端的影响,用两个垂直于纵向轴线的平行面,截取中间一小段,形成一个由三段矩形截面杆件组成的π字形结构。这样就是一个平面应变问题,由内外温差引起的应力值,不难计算。应该强调说明,这样的简化处理是偏于安全的;所得到的估算值是比真实的应力值偏大的;也就是说,真实的(或更精确的计算值)一定小于此值。计算结果表明,新研制的水晶馆的温度应力值小于玻璃的许用应力值(即玻璃的强度值除以安全系数)。所以,我们用此近似计算可以初步判断水晶棺是安全的。我们就将这样的简化计算结果,上报指挥部,得到负责部门的认可。

可是,这样的计算终究太过简单,总想给一个自己更为满意的结果。于是,我又进行了有限元计算。采用一种当时比较新颖的“杂交有限元方法(Hybrid FEM)”进行计算,计算程序(包括单元矩阵)是自己编写的,最后获得了满意的结果,检验了以前的近似计算。由于内容的敏感性,研究结果迟迟未能以论文形式发表。直到1981年(“一号任务”早已结题),才以“一类平板组合结构的杂交有限元解法”为题发表于《固体力学学报》上。下边给出从文章中复制的“五面体空间结构(1/4)”图。它就是水晶棺的四分之一。论文回避了“水晶棺”三个字,结构参数也没用水晶棺的材料参数。

由于,我从事了“一号任务”的工作,曾被允许提前瞻仰毛主席遗容。在我向主席遗体三鞠躬时,想到那座亮晶晶的水晶棺承载着如此重要的使命,我能为它的建设尽一份微薄之力,深感荣幸与欣慰。

3.力学规划会与“一号项目”

1978年,祖国迎来了科学的春天。这年春季,举行了全国科学大会;会上邓小平作了重要讲话,号召“树雄心,立大志,向科学技术现代化进军”。接着,数、理、化、天、地、生等基础学科相继制定了中长期发展规划。由于当时对“力学学科”是否属于基础学科存在争议,就迟迟未进行制定学科规划的工作。此事引起力学界极大困惑,难道力学学科不属于基础性学科吗?值此关键时刻,力学所著名科学家谈镐生先生给中央写信,论证了力学学科的基础性与重要性,建议单独制定力学学科规划。此信引起了领导的重视,后经邓小平指示,同意单独制定力学学科规划。

国家科委与中国科学院成立了全国力学规划筹备工作办公室。19781月,由周培源和钱学森领衔13位力学家先后举行了四次座谈会,明确了编制力学规划的原则以及工作安排。当时成立了7个调研组,进行了深入调研,起草了《1978 —1985年全国基础科学发展规划(草案)理论和应用力学》的讨论稿。

1978810日到23日,全国力学规划会在北京友谊宾馆召开。周培源致开幕词,区德士(时任力学所副所长,规划起草小组组长)报告了《力学规划》起草和筹备情况,钱学森做了“力学发展的形式和方向”的大会报告,方毅做了重要讲话,张维则致了闭幕词。会上共有13篇大会报告。我受力学所领导指派,作了题为“金属材料力学性质”的大会报告。其中,主要阐述了研究材料力学性能的重要意义,以及它和计算力学与实验力学的相关性。当时由于计算机功能的日益强大,计算力学发展很快,不少人觉得似乎它可以保打天下,什么问题都能解决。但是,如果材料的力学性能不清楚,就得不到正确计算结果。正所谓“输入垃圾,输出的也是垃圾”。要想搞清楚材料的力学性能,发展实验力学是必由之路。

经过多次酝酿与讨论,达成最终成果是,制定了包括15项主攻重点项目与负责单位的力学规划。其中,第一项就是:材料的力学性能,负责单位是中国科学院。这就是“第一号项目”的由来。

规划会议后,我们力学所,责无旁贷地承担起这个第一号主攻项目。立刻由郑哲敏先生和区德士副所长负责筹建“材料力学性能研究室”,即第十六室。主要研究人员由原二室和原十二室的部分人员组成。其中,也包括相应的部分实验室及实验设备。十六室于1978年末(1979年初)正式成立。郑先生任主任,赵士达和我任副主任。一个全新的局面展现在我们面前。任务很重,责任很大;但我们都意气风发地迎接这个挑战。

十六室成立后,遇到的最大最难问题是,先进的实验设备缺乏。老旧的试验机与测试仪器太落后了。为了快速解决此问题,力学所积极筹集外汇,购买先进的试验机,不久就购买了英国制造的INSRON 1195 电子拉伸试验机。它可以自动控制加载率,应力~应变曲线的测量精度大大提高。后来,又购买了扫描电镜。与此同时,十六室的动态力学性能组,自行研制了轻气炮,用以测试材料在高速撞击下的力学性能。此设备达到国内先进水平。研究课题主要是金属材料的本构关系,包括复杂应力(三维应力)状态下的本构关系,及其强度和疲劳与断裂行为。后来,静态组的部分成员开始研究复合材料的力学性能,都取得可喜的研究进展,发表了一些学术论文。

随着研究工作不断的进展, 学术交流也逐步展开。在科学院系统内,从事材料力学性能研究的单位还有沈阳金属所和合肥固体物理所。我们三家一起举行了数次学术会议,起到了交流学术成果、广交朋友、相互学习的目的。

应该承认,材料力学性能研究,这是一个大课题,有动态和静态问题,有宏观与微观(及细观)问题,有高温、常温及低温问题,还有力学性能和电磁耦合性能问题等等。况且,随着新材料的研制成功,又有新的问题出现。这是一个固体力学(以及物理力学、材料力学)学科的永恒课题,是无法在短时间内取得突破性成果的。我作为一个较早介入这一课题的人,很高兴看到随后的“七五”、“八五”、“九五”期间直到现在,力学所有不少课题组仍然在从事着材料力学性能这一领域的工作并取得了成绩。

4.感言

三十余年后回首往事,一缕幽思浮现脑海。为自己参加了两个“一号”项目,做了一点工作而欣慰。这或许是机缘巧合,也是国家大发展形势所赐。虽然如沧海一粟,微不足道。可对个人来说,光阴并未虚度,是可聊以庆幸的。

关于作者——张双寅

简介:张双寅,力学研究所研究员。 193823日出生,20033月退休。1962年北京航空航天大学毕业,19679月中科院力学所研究生毕业。19788月至197812月参加意大利联合国国际力学中心(CISM)的“高等数学和力学及实验力学研讨班”。198311月至19853月在英国曼彻斯特大学理工学院(UMIST)访问工作。曾任中国空间科学学会常务理事,空间材料科学专业委员会副主任两届。

科研成果奖: 中国家科学大会成果奖一项; 中科院科技进步三等奖:“复合材料的有限元分析方法”,1987, (独自完成); 中科院自然科学三等奖:“单向复合材料断裂韧性和比应变能密度准则”,1991, (1完成人); 上海市科技成果奖: “无机非金属材料的强化和增韧”, 1992,12, (6完成人); 国家科技成果:“复合材料蠕变本构关系和蠕变损伤”,国家科委颁发证书,1996年,4月。

著作与译著: 1)专著《加筋圆柱曲板与圆柱壳》(合作者),科学出版社,1983;(2)编著《复合材料结构的力学性能》,北京理工大学出版社,1992;(3) 译著《复合材料导论》,(合作者),中国建筑工业出版社,1989;(4)参加编写材料手册《HANDBOOK OF CERAMICS and COMPOSITES》, Vol.2 中的 Chapter.2 :Damage Failure and Freacture of Resin-based Fibrous Composites:  Mechanisms, Theories and Criteria”,美国 Marcel  Dekker  Inc. 出版,1991;(5)参加编写《中国玻璃钢工业大全》, 2性能和检测,国防工业出版社,   1992