“力学动态”文摘, 第32卷,第3期,“丁皓江教授纪念专辑”
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本期目录:
◆ 丁皓江教授悼词
◆ 诗作选辑
◆ 丁皓江传
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王骥 宁波大学机械工程与力学学院
2015年10月25日,敬爱的丁皓江教授永远离开了我们。噩耗传来,华东固体力学同人悲恸不已,通过各种形式表达了对丁老师的思念和感激之情,留下诸多文字。其间有些在网络传播,寄托大家的哀思;有些则呈供于10月29日追悼会,安慰亲友,奠告亡灵。丁老师的生平事迹,也曾在近期的一些重要会议和网络发布,让大家有机会再次认识这位著名学者和我们的良师益友。
大家知道,华东固体力学沙龙是2002年在丁老师一手鼓励和支持建立起来的,成员们也就因此和丁老师有很多的机会见面,得到了亲切指导、热心帮助和真诚鼓励。从这13年的频繁来往中,我们认识到了丁老师拥有远见卓识大师风范和宽厚大方的高贵品质,近距离感受到了一个杰出学者和慈祥长者。毫无疑问,丁老师是我们青年一代学人的导师,是我们为人师表和从事科研的出色榜样。另一方面,在丁老师的关怀和支持下,华东固体力学沙龙的同仁开展了许多富有成效的活动,如研讨项目合作方式、组织专业会议和编辑专集专刊等,使我们自己的研究工作和影响得到改善。我们在丁老师的追悼会上齐聚告别时,再次感受到了丁老师从这些方面给我们的巨大帮助和鼓励,是我们今天工作和生活中的巨大财富和动力。大家相约,一定要把对丁老师的感激之意和崇敬之情找机会表达出来,而今天辑录的文字则是最早的近乎直白的记录。相信以后会有更多的青年朋友留下丁老师更多的故事和他的丰满卓越的一生的刻画,给更多的青年学子提供作为学者、良师、慈父的参照。华东固体力学沙龙在筹划着未来的追思活动,我们也会收集到更多的丁老师的温馨和传奇故事和记录。
我们这里收集了和丁老师有着密切来往的多位青年学者的文章、诗作、挽联,也整理了丁老师的生平简介,重新发表了浙江大学的悼词。从这些文字里面,我们可以看到丁皓江老师完整和杰出的一生,更特别看到他关心年轻一代学人和学生的高风亮节。陈伟球教授是丁老师的学生,他的回忆情真意切,细微动人,展示了弥足珍贵的师生之情。这里发表的诗作,都出自丁老师的青年朋友之手,可以看出他们在痛别之际,倾心尽力表达自己景仰和思念的真情。这里选择的两幅挽联,更代表了大家对丁老师的由衷的哀悼和敬佩之情,在永别之时更显得悲伤和深沉。
呜呼!丁师离去,力学易容。我们的聚会和讨论,将不再有丁老师从容稳重的声音,简明深邃的指导,也少了真诚热情的鼓励。但是,我们在丁老师的关怀下成长起来了,会以丁老师为榜样,以更多的活动告慰丁老师在天之灵。
丁老师安息!
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陈伟球 浙江大学工程力学系
(2015年10月26日第一稿,10月27日最后定稿;本文首发权归微信知社学术圈scholarset,此处略有改动)
悼恩师丁皓江教授
痛哉吾师亡,天公不留情。
人间自情深,同悲众亲朋。
夙夜著力文,百年见生命。
品性更高洁,流芳有名丁。
我敬爱的导师丁皓江教授走了,尽管已有心理准备,对我而言还是快了点,有些出乎意料。原本想着3天后回到杭州,应还有机会在他病榻前小心服侍,仔细聆听他最后的教诲,但这个愿想终归无法实现了。对我而言,丁老师既是老师,也是父亲,从1990年读研究生起入了丁氏一门,我一直就在丁老师身边,至今已25年,远远超过我和在我13岁时就已离世的父亲在一起的日子。因此,我特别感到难过和自责,在丁老师最后的日子里没有能够陪伴他,也许他有一些话还想对我说,结果就这样阴错阳差地错过了。
25年的学术路,我走得还算顺利,但如果没有丁师的谆谆教导和鼎力帮助,我无法想象自己现在会是什么样的状态。1991年初进入课题后,丁师首先安排我做有限元方面的研究,指定了几篇参考文献让我阅读,但我细研之后却一直找不到新的思路和突破口,非常苦恼,半年后实在没有办法,战战兢兢地向丁师提出是否可以换一个方向,做点理论研究,他很开明地当即告诉我,他手头正好有个方程组的求解问题,看我是否感兴趣。第二天,他让我到家里去,拿出了一大叠的稿纸,原来他已经做好了部分的推导,只要我按照他的思路和方法完成后续的推导就可以了,尽管这个过程还是很繁琐,但路已铺就,剩下的只要自己肯奔跑就行。丁师让我首先将王竹溪和郭敦仁先生的《特殊函数概论》的第二章读通读透,这进一步夯实了我本科所学的微积分等知识。最后该项工作也成为我博士学位论文的核心内容,相关论文于1995年发表在《应用数学和力学》。现在想来,正是丁师这样的培养方式让我对力学研究最终产生了浓厚的兴趣。我一直在努力向他学习、看齐,但还难以像丁老师那样能在固体力学领域的不同方向都驾轻就熟,主要可能是缺乏如丁师一般在北大求学期间养成的扎实深厚的数理功底。
1996年博士毕业之前,我很惶恐,不知道毕业后要到哪里去,可以去干什么,正好丁师提出让我考虑留在浙大土木系当老师,这对我这样一个从农村出来的啥都不懂的穷学生来说无疑是解决了人生的第一个大难题,就这样我成为了一名光荣的人民教师。那时留校的年轻老师并没有现在这样大的压力,只要能够完成教学任务,适当参与完成一些课题,就万事OK了。但丁师对我说,要留在浙大这样的高校中,必须要将科研做好,他告诉我最好能够保持每年发3-5篇文章这样的量,今后才会有好的发展。在1996年,在全民皆商的大背景下,在当时我工作的土木系,这样的眼光不是一般的老师会有的。就这样,博士毕业后,在丁师不时的督促下,我才能不断地取得进步。
1997年10月,在丁师和何文军师兄的帮助下,我得到了日本文部省的资助,赴日本东京大学航空系做博士后。那里的一年半,是我迄今为止学识增长最快的一段时间,因为我谨记老师对我说的,机会来之不易,要充分利用东大优越的学习条件,好好拓展自己的知识。那一年半中,我不仅和丁师与日本的合作导师一起发展了压电体三维裂纹和接触问题的势理论方法,而且也启动了功能梯度材料结构力学的研究,当时在国内固体力学界还少有人注意到这个方向。我记得,为了与丁师讨论问题,我每周至少要花1500日元和丁师通话,每个月还要写一封信向丁师汇报相关的进展和想法。丁师随手拈来的思想火花对我的研究帮助很大,经常他不经意的一句话就会让我找到克服困难的钥匙。
1999年3月回国后,与丁师的合作渐趋完美,这大概是那时候我总算能够跟得上一点他的脚步了:我们在功能梯度材料力学、电磁弹性力学等方面有一系列深入的合作,也联合培养了多位博士研究生。长时间地与丁师一起工作,不知不觉他的做事方式和为人准则已深深地渗透了我影响了我。比如,对学生完成的每篇论文公式的仔细校核,对学术论文撰写字句的认真推敲,对学术活动的积极参与,对公共事务的热心关注,对名利的淡泊,等等。丁师那时给我的感觉,就是一位真正的智者高人,身在俗世中,又能跳出其外,一方面贡献着自己的力量,尽可能指点帮助年轻一辈,另一方面又能随时归与白鸥盟,闲看云卷云舒。
2009年3月,在朱位秋院士的邀请下,经与丁师商量,我从工作了13年的土木系转到我的出生地 ---- 浙大力学系。这对我而言是一种回归,不仅是学术上的,更是精神上的。6年多来,在杨卫院士和朱位秋院士的指导下,在诸多同事的共同努力下,通过引进优秀青年人才、凝炼优势研究方向和加强学科平台建设,浙大力学学科呈现了一种蓬勃向上的力量,在国内外的影响力与日俱增。丁师一直非常关心,不时给予我指点和鼓励,他对力学学科的发展成绩也深感欣慰,这毕竟是他曾经工作了近40年的地方,还当过很长时间的掌门人 ---- 从1984年到1992年,他担任了8年之久的浙大力学系主任。
2013年8月,我们组织了丁师的八十华诞庆祝会,趁此机会,为了表达一众弟子的感恩之情,我们发起在浙大航空航天学院成立了“丁皓江教育基金”,目前该基金已达52万余,丁师自己也从菲薄的退休金中拿出了5万元。该基金自设立以来,已支持了6位品学兼优的青年学子,有力地增强了力学及其相关的专业吸引力,促进了学科的发展。
丁师是我国著名的固体力学家,学问高深、治学严谨、成果显著,在近五十年的学者生涯中,其研究涉及了各向异性弹性力学、计算力学、多场耦合力学、非均质材料力学等多个前沿研究方向,获得了包括ISI经典引文奖、教育部自然科学奖等多项国内外重要学术奖励。他于1990-1998年任中国力学学会常务理事,1998-2002担任浙江省力学学会理事长,同时,于1990-1998年任中国力学学会教育工作委员会副主任,1990-1995年任国家教委工程力学教学指导委员会委员,长期为我国的力学事业和人才培养呕心沥血。他睿智豁达、平易近人、品行高洁,特别愿意提携年轻人,在华东固体力学圈内有不少人曾得到他的无私指点和帮助。丁师1957年自北京大学毕业后到浙江大学工作,直至2005年底退休,由于多年来在教书育人和科学研究方面所取得的杰出成就,于2005年获颁“竺可桢奖”这浙江大学校内的最高荣誉。
丁师1934年8月15日出生于江苏常州,2015年10月25日18:39因病辞世于浙江杭州,享年82岁。逝者长已矣,生者如斯夫。丁师的学术精神永垂不朽!他德艺双馨,是我们永远的楷模。
与胡海昌先生合影。丁师1957年毕业于北京大学,其本科论文指导老师即为胡海昌先生。如同丁师于我一样,胡先生的为人处世方式和治学研究态度对丁师影响甚巨。
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浙江大学 2015年10月29日
各位老师、各位亲朋:
今天,我们在这里举行隆重的追悼会,怀着沉痛的心情悼念丁皓江先生。丁先生于2015年10月25日18时39分因病逝世,享年82岁。丁先生是我国著名的力学家、教育家,他的去世,不仅是浙江大学的重大损失,也是中国力学界的重大损失。
丁先生1934年8月15日出生于江苏常州一个书香世家,后因抗日战争爆发而随父母避难至浙江丽水。丽水的山铸就了丁先生的侠骨凌风,丽水的水培育了丁先生的宽容平和。智者乐山,仁者乐水,丁先生是一位真正的大师,智仁兼达,既洞察世情又淡泊名利,既执入世之利器,又有出世之情怀。可惜大师已去,空余大楼,亲人子弟、同事友朋今日齐聚,无不悲痛莫名。
丁先生1953-1957年在北京大学力学系学习期间得遇钱伟长、陆士嘉、胡海昌等名师,奠定了他深厚的数理功底,其中浙江大学土木系毕业的胡海昌先生对丁先生的言传身教影响尤深。1957年毕业后,丁先生到浙江大学数学力学系理论力学教研室工作,参与了后来力学系的创建,并在1984-1992年间担任浙江大学力学系主任,为浙大力学学科的发展呕心沥血,贡献巨大。1995年,丁先生从力学系转至土木系,又为土木系的高水平学科建设和高素质人才培养尽心尽力,得到普遍赞誉。2005年丁先生获颁“竺可桢奖”这一浙江大学校内的最高荣誉,这是对他多年来在教书育人和科学研究上所取得成绩的高度肯定和表彰。
丁先生一生致力于固体力学研究和力学教育工作。他学问精深、治学严谨、成果丰富,发表论文300余篇,出版学术专著3部(其中英文2部),特别是在计算力学、各向异性弹性力学、多场耦合力学、非均匀材料力学、土力学等领域取得一系列重要成果,在国内外享有广泛的学术声誉。他的研究独具风格,透彻深入、精致典雅、系统完整,很多工作已成领域之经典,曾获ISI经典引文奖和教育部自然科学奖等学术奖励多项。
丁先生是一位教育名家,一生循循善诱、诲人不倦:在课堂上,总能深入浅出把艰难繁复的理论说得透彻明白;在指导中,总能一言中的、直指核心,把解题的迷雾拨开;在闲谈时,典故信手拈来,数字随口而出,说理清楚而有趣,令人十分信服。丁先生共培养硕士34人、博士22人,其中包括章亮炽、任永坚、王耘等一批国内外知名学者、技术精英和公司总裁。丁先生平易近人,乐于提携后进,愿意和青年朋友们一起分享他的智慧和经验,但他并非一味纵容,而是会原原本本、全面客观地和你共享他的观点和想法 ---- 所谓良师益友,莫过于此。丁先生参编了多部教材,其中他牵头主编的《弹性和塑性力学中的有限单元法》因体系简洁、逻辑严谨、推导严密而得到广泛欢迎和采用,曾获国家教委优秀教材奖。
丁先生为推动我国的力学事业不遗余力,曾长期担任中国力学学会常务理事和理事、浙江省力学学会理事长和副理事长,任中国力学学会教育工作委员会副主任和国家教委工程力学教学指导委员会委员。丁先生颇具战略思想和前瞻目光,他发起和共同筹建了“华东计算力学联络委员会”,推动组织了“华东计算力学会议”系列会议,已成为具有全国影响的计算力学会议;又积极支持“华东固体力学联络委员会”举办“华东固体力学学术会议”,迄今已举办了十七届,有力地促进了地区学术交流;1999年又提议并推动组织了“华东固体力学沙龙”系列活动,凝聚了一批优秀的青年力学人才,构建了一个成效卓著的合作与交流平台。他还推动了“全国压电和声波理论及器件技术研讨会”和“两岸工程力学研讨会”等学术会议的组织召开,亲自担任会议主席。
丁先生睿智平和、诚恳坦荡、与人为善,既能与胡海昌等前辈至诚论交而不唯唯诺诺,也有一批历经30余年风雨的志同道合的力学好朋友,更有一大批曾得到他指点帮助的年轻力学朋友们。
丁先生十分热爱家庭,事父母至孝,对兄弟姐妹呵护有加,对妻儿情深意长。他和丁夫人相濡以沫,携手走过50余春秋,在浙大求是村留下数不清的温馨画面。丁先生老年得孙,十分高兴,年近80一边含饴弄孙畅享天伦之乐,一边还孜孜以求,继续他心爱的力学之旅。这些为他的晚年生活增添了很多乐趣。
可惜天不假年!丁先生虽驾鹤西去,但给我们留下了许多宝贵的财富。我们要学习他学高为师、身正为范的名师气度;学习他严谨治学、精研深探的科学精神;学习他乐观豁达、宽容平和的处世方式;学习他侠骨凌风、乐于助人的济世情怀。
逝者长已矣,生者如斯夫。丁先生德艺双馨,是我们永远的楷模,永远活在我们的心中!丁先生永垂不朽!
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陈文 河海大学力学与材料学院 2015年10月27日
宗师已乘鲲鹏去,子弟亲朋空悠悠。
料峭秋风今又是,校园但见教研楼。
往来历历成追忆,黄叶茫茫飘杭州。
暂托杜鹃传口信,将来重聚在瀛洲1。
作者注:2015年10月25日惊闻丁浩江先生仙逝,惘然若失,匆忙之间,赋诗一首,略表心情。
1.传说中的仙山,所居之人,皆仙圣之种。唐 李白 《梦游天姥吟留别》:“海客谈瀛洲 ,烟涛微茫信难求。”唐太宗为网罗人才,设置文学馆,任命杜如晦、房玄龄等十八名文官为学士,号“十八学士”。时人慕之,谓“登瀛洲”。后来的诗文中常用“登瀛洲”、“瀛洲”比喻士人获得殊荣,如入仙境。
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杜建科 宁波大学机械工程与力学学院 2015年11月3日
江南才俊生常州,燕园弱冠遏中流。
数学力学夯功底,钱塘江畔显身手。
各向异性求精解,多场耦合著雄文。
一代宗师驾鹤去,春风化雨润无声。
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、师范永存
杜建科 宁波大学机械工程与力学学院 2015年11月4日
丁家才俊出延陵,燕园求学任驰骋。
数学力学筑根基,应力应变伴平生。
求是致力求解析,创新不忘创沙龙。
各向异性有妙法,多场耦合无常形。
诲人细润春风雨,著文巧思浑天成。
一代宗师游仙去,侠骨睿智人间存。
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、侠之大者
杜建科 宁波大学机械工程与力学学院 2015年11月5日
(丁老师有侠者之风。我浅读金庸先生部分作品,在伟球鼓励下再接再厉,作藏头诗一首,用到作品中个别为人熟知的人事武功,从另外角度再表怀念之情。)
丁家才俊初长成,燕园精研数力功。
皓如明月性高洁,笔作倚天剑气横。
江山代有英才出,西子湖畔侠客行。
先哲聚力解析解,势如破竹刀屠龙。
生平治学勤又谨,引文经典谁争锋。
千万学子咸敬仰,帮扶后进无忌名。
古稀之年凌波步,力学沙龙起华东。
一代宗师驾鹤去,高山仰止啸西风。
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仲政 同济大学航空航天与力学学院 2015年10月26日
夜阑传噩耗,洒泪悼师翁。
风范垂千古,光华润后生。
专心求解析,矢志育贤能。
浩浩钱江水,奔流掩泣声。
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王骥 宁波大学机械工程与力学学院 2015年11月4日
太湖水乡起烽烟,蒙童避难投衢山。
年幼潜心读诗书,长成立志事科研。
新朝得意学北大,古校逢春习应变。
力电耦合成学士,勤耕玉泉桃李繁。
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、 沁园春 悼丁老师
李翔宇(2007年博士毕业于浙江大学土木系) 西南交通大学力学与工程学院 2015年11月10日
金生丽水,玉出燕园,钱塘渡舟。
曾砥柱中流,丁郎易老;狂澜力挽,双鬓先秋。
笔头千字,胸中万卷,用舍行藏任自由。
常惊叹,华章烁烁,桃李悠悠。
此憾杳杳稠稠,
似恩海情天永不休。
纵苏子重生,相思字了,生花妙笔,难赋哀愁。
地分南北,人分阴阳,长恨此身非我有!
须知道,英容宛在,笑语难求。
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挽联一
许金泉 上海交通大学工程力学系 2015年10月27日
一身正气治学问业绩流万世
两袖清风诲晚学师表垂千古
挽联二
陈伟球 浙江大学工程力学系 2015年11月3日
皓月长在夫子出,书辉遍浙里
江心总有砥柱立,侠骨传四方
横批:天高师正
注:上联用朱熹语“天不生仲尼,万古如长夜”,孔夫子是人间之师,读书人的老祖宗。丁老师无论生前身后,都像皎洁之月,予人光明,指引方向。金庸有14部武侠小说,用了一幅对联总括,其中上联嵌有“笑书神侠”四字,这里上联中的“书”和下联中对应的“侠”,以此暗示丁老师喜爱武侠,更喻指丁老师的书生意气、侠骨凌风(侠骨凌风一词从建科处看到,我觉得用在丁老师身上特别贴切,非常喜欢。丁老师的追悼会悼词也用了这个词),与下联的中流“砥柱”内蕴也一致。横批的天高师正,合“挽联”意味,凸显丁老师德高身正之光芒。“天、地、君、亲、师”,以天开,以师收,呜呼哀哉!
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该传记原发表于《20世纪中国知名科学家学术成就概览:力学卷》(第三分册)第104-113页
丁皓江(1934~2015),江苏常州人。浙江大学教授,弹性力学家。1957年毕业于北京大学数学力学系,同年9月起在浙江大学工作直至2005年7月退休。在计算力学、各向异性弹性力学、多场耦合力学、非均匀材料力学、土力学等领域取得重要成果。尤其是针对横观各向同性力学三维问题开展了深入的研究,获得了一批具有重要理论价值的精确解。1990年代初开始涉足压电弹性力学,导出了用调和函数表示的三维问题的通解,并在基本解、三维断裂和接触分析、板壳力学等问题的分析中得到广泛应用。提出新型列式,推动了状态空间法在多场耦合问题中的应用。2000年以后,在弹性动力学方面发展了新的解析求解方法,克服了传统采用Laplace变换的数值困难。近年来,针对功能梯度材料结构,推广了Lekhnitskii解法,得到了可考虑沿厚度方向任意材料参数变化、任意各向异性并可考虑任意边界条件和任意荷载的解析解,丰富了各向异性材料力学的求解体系。曾任浙江省力学学会理事长、中国力学学会常务理事、国家教委工程力学教学指导委员会委员、《力学学报》和《固体力学学报》等国内主要力学期刊的编委。2001年获中国高等学校自然科学奖(二等奖),2002年获ISI颁发的经典引文奖(Citation Classic Award),2005年获浙江大学竺可桢奖。
一、自幼熏陶,学高为师
丁皓江1934年8月15日出生于江苏省常州市。其父丁赞熙毕业于南京晓庄师范大学部,担任过小学校长,中学教员和师范校长等职,毕生尊师重教,对子女有重要影响。1937年抗日战争爆发,丁皓江随父母逃难到浙江的山城丽水,在不断的转移中过着动荡的生活,直到抗战胜利才有了平静的环境。
1947年小学毕业,考取处州中学(现丽水中学)。1953年考入北京大学数学力学系,学习了两年半的数学专业课程,其间,钱伟长教授和陆士嘉教授应周培源教授之邀给同学们分别介绍固体力学和流体力学;后来丁皓江选择了弹性力学专门化(后为固体力学专业)。1956年胡海昌教授给丁皓江所在的班级讲授弹性力学课程,又是丁皓江文献阅读和毕业论文的指导教师,因此他得到了较多聆听胡海昌教诲的机会,从而对胡海昌的学术思想有所感悟。1957年毕业分配到胡海昌的母校浙江大学工作,是此后保持了一生的师生情谊的又一个契机。
1957年-1961年在理论力学教研室,先给谢贻权教授和汪家訸教授当助教,在熟悉工科力学教学方法之后,开始讲课并参与编写理论力学全国统一教材。1961年调入为1958年创办的应用力学专业而设立的应用力学教研室,给力学专业本科生授课。文化大革命期间,曾负责用光弹性试验来解决若干实际问题,1973年后与工程技术人员和计算数学工作者合作开展有限单元法的研究和应用于工程,并在杭州主持了多次推广工作。文化大革命之后,开始讲授有限单元法课程,并与谢贻权、何福保和徐兴三位教授合作编写教材。除开展有限单元的构造研究之外,还对加权残差法和边界元法进行过探索。1983-1985年,1988-1990年和1994-1996年三度在杜庆华教授领导下的四校联合课题组中,参加国家科委基础研究项目和国家自然科学基金委员会的重点以及重大项目的研究工作,在机械结构强度和振动的一些问题上取得了若干有用成果。1990年开始转向各向异性体弹性力学研究,后又拓展到压电材料、磁电材料和功能梯度材料等新型材料,并取得了一系列具有重要理论价值的解析解。
1978年开始指导研究生,同年参加了全国学科规划会议,深受启发并认识了许多力学名家。1983年协助王仁东教授指导博士生,1986年协助胡海昌教授指导博士生,1990年独立招收博士生,已培养硕士34人、博士21人。
二、潜心科研,攻坚为乐
丁皓江给人的印象是洞察世情又淡泊明志,但对学习和科研可谓一往情深,矢志不移。在胡海昌等名师的熏陶下,从北大毕业分配到浙大以后一直坚持通过研读力学名著来提高自己的学识水平,即使在“文革”期间也不放松学习,并抓住机会参与了采用光弹性和有限元等方法来解决实际问题的研究。改革开放以后,陆续有机会参加了多个重大研究项目,有幸与一批力学名家共同研讨,耳染目濡之下受益良多,进一步催发了科研热情,在计算力学领域取得了不俗的成绩。1990年代初,及时关注到智能材料和结构这一新兴的研究热点,利用自身在各向异性弹性力学方面的深厚素养,在多场耦合力学领域厚积薄发,收获颇丰,并产生广泛的国际影响。21世纪以来,在弹性动力学和非均匀材料力学领域又有新的突破。在每一个涉足的领域,所取得的科研成果都带有独特的风格。
1. 固体力学近似计算
有限元法的提出以及在理论上的完善并在工程领域得到普及被认为是20世纪力学学科的最重大成就之一,为工程结构的设计带来了革命性的变化。国际上有限元法研究于1960年前后兴起,但由于当时国情之故起步相对落后。即使如此,丁皓江很早就关注到这一新的研究动态,在“文革”期间即开展了有限元法的研究和应用,并加以宣传推广,这为他1980年代在有限元法上不断取得研究突破奠定了基础。
文革结束后,丁皓江陆续在有限元法的研究上发表了几篇有影响的学术论文,并得到了国内同行的关注,从而有机会连续参与了杜庆华领导的国家科委基础研究项目“机械结构强度和振动”、国家自然科学基金委员会重大项目“机械结构强度和振动”以及国家自然科学基金委员会重点项目“大型机械系统的动态设计理论和方法”等重大重点项目。针对曲壳这种工程中常见的结构形式,丁皓江及其合作者根据已有的直角坐标系中的八节点四十自由度超参曲壳单元,提出直接采用正交曲线坐标的思想来构造相应的单元,不仅可省去不同壳单元中局部坐标与整体坐标间的变换,而且可以求得单元刚度矩阵计算中沿厚度方向积分的精确表达式,提高了计算精度。多个计算实例表明,这一方法精确高效,且能够适用于薄板结构,是一种比较普适的曲壳单元。根据二类变量的广义变分原理,丁皓江及其学生构造了一种新型的考虑横向剪切影响的任意四边形四节点板单元,推导得到了显式的刚度矩阵;当剪切刚度趋于无穷大时,可自动回到经典解。数值试验表明这种板单元对板的厚度具有相当宽的适用范围,具有通用性好、精度高、计算时间节省的特点。丁皓江及其合作者通过采用一种改进的等参变换构造过渡单元并与具有单奇异点的裂尖单元相连接,可以明显地提高裂纹尖端应力强度因子的计算精度。
除有限元法之外,丁皓江也时刻关注固体力学其它近似计算方法(如加权残差法和边界元法等)的进展。例如,他在康托洛维奇方法和Kerr方法的基础上,提出了改进的康托洛维奇方法,可以不提高方程阶数,但能获得比Kerr方法更高的精度,也更为灵活;对薄板弯曲和稳定性以及膜的振动问题的研究充分表明了改进方法的有效性和优越性。在边界元法的研究中,他与合作者发展了胡海昌提出的等价边界积分方程,特别是找出了常规边界积分方程失效的一个实例;结合智能结构的概念,开展了压电和压电压磁材料的边界元研究,不仅得到了形式简单的基本解,而且进行了开拓性的应用研究。
2. 横观各向同性弹性力学
各向异性材料由于具有较多的独立材料常数个数,因此即使考察弹性问题,解析求解也十分困难,一直是固体力学的一个重要研究方向。对于具有5个独立材料常数的横观各向同性材料,上世纪50年代胡海昌院士通过引入2个位移函数,导出了控制方程的通解,并用此通解求解了一系列的重要弹性力学问题,在国际上产生了很大的影响。丁皓江在1956、1957年曾在胡海昌先生的指导下接触过相关研究课题;1957年分配到浙大工作后,兴趣不减,不断钻研,积累了有关的知识和求解技巧,但直到1990年代初才真正开始在各向异性弹性力学领域全力耕耘,继承和发展了胡海昌先生的工作。
针对横观各向同性弹性体的轴对称静力问题,丁皓江及其同事提出了一个被人称作“丁-徐解”的新通解,由该通解出发可导出各种著名的通解。对于一般的静力问题,利用胡海昌先生引入的位移函数,结合算子理论和广义Almansi定理,推导出用3个调和函数表示的通解,可考虑不同的材料特征根情形。点力解或Green函数是弹性力学中的重要研究内容,也是积分方程方法或边界元法的基础。丁皓江及其学生利用上述通解,结合巧妙的假设,给出了横观各向同性全空间、半空间以及两相材料空间受点力作用的全场三维弹性力学解。对于全空间和半空间的点力解,通过细致的分析,丁皓江等给出了一个适用于任意材料特征根情形的解,可以直接退化得到著名的Kelvin解或Boussinesq解和Cerruti解,而无需经过极限运算,这给数值计算带来了极大的方便,能保证结果的精度和稳定性。利用通解,丁皓江及其合作者针对回转体的平衡等问题给出了一系列具有重要理论价值的精确解析解。
球面各向同性材料是横观各向同性材料的一种特殊形式,在球坐标下,球面内材料是各向同性的,而垂直于球面则有不同的材料属性,我们所居住的地球就可以模拟为一个层状的球面各向同性球体。丁皓江对球面各向同性体的力学研究涉及了平衡、热应力、自由振动等问题。例如,他改写了胡海昌提出的用一个函数表示的静力问题的通解表达式,利用该通解结合分离变量方法可以方便地求解球面各向同性圆锥的平衡问题;给出了单层或多层球面各向同性球壳的自由振动分析,发现总存在两类不同的振动形式。
弹性力学的经典解法都是单变量法,即把位移、应力或应变中的一类变量保留下来,而把其它变量消去,最终得到一组高阶的联立偏微分方程。状态空间法是一种较新的弹性力学解法,同时采用位移及相应的共轭应力分量作为基本状态变量,在一阶联立微分方程组的框架内进行求解。针对横观各向同性同性材料,丁皓江及其合作者发展了新的状态空间列式,不仅可以降低方程的规模,而且能更深刻地揭示问题的物理本质。特别是首次针对球壳问题,建立了三维的状态空间分析列式,是一个突破。
丁皓江在横观各向同性弹性力学方面的一部分研究成果已总结在2006年由Springer出版的英文专著《Elasticity of Transversely Isotropic Materials》中,这是国内大陆学者第一次在由著名力学家G. M. L. Gradwell编著的《Solid Mechanics and its Applications》系列中出版专著。
3. 压电弹性力学
1980年代末,随着智能结构的概念在航空航天等领域的兴起和普及,具有力电耦合特性的压电材料的力学研究也得到了蓬勃发展。丁皓江在1990年代初敏锐地关注到这一研究趋向,及时带领学生进入了这一领域,并利用其在各向异性弹性力学方面的丰富研究经验以及在结合新方向上的开拓创新精神,很快就在三维问题的研究中取得引人瞩目的成绩,在国内外同行中产生了广泛的学术影响。
压电材料中弹性场和电场相互耦合,这给问题的求解带来了很大的困难。幸运的是,经极化的压电陶瓷材料都具有横观各向同性性质,因此在一定程度上可以借鉴横观各向同性弹性力学的研究成果。丁皓江通过引入位移函数和运用算子理论,严格导出了横观各向同性压电材料动力学问题的通解和热电材料动力学问题的通解。对于平衡问题,该通解可进一步用4个准调和函数表示,针对材料特征根的不同情形给出了具体的形式。从通解出发,导出了两相材料无限体的Green函数解及相应轴对称问题的Green函数解,考虑特征根的不同情形给出共计21个三维精确解析解。丁皓江对平面问题也作了平行研究,同时还进行了二维和三维边界元计算。1997年发表的“On the Green’s functions for two-phase transversely isotropic piezoelectric media”一文在2000年获颁ISI的“经典引文奖”(Citation Classic Award)。
在半空间表面受集中力和点电荷的解的基础上,丁皓江及其学生利用叠加原理给出两个压电弹性体相互接触的三维分析,将经典的Hertz弹性接触理论作了推广,特别利用势理论的最新成果给出了刚性球、圆柱、圆锥等压头与压电半空间接触的一系列全场三维解析解。上述研究成果与美国麻省理工学院S. Suresh教授领导的课题组的研究成果几乎同时发表,有效地构筑起了用于压电材料性能测试的压痕技术的完整理论体系。
丁皓江及其学生考察了若干典型的三维断裂问题,包括无限大体中含币状裂纹、外圆裂纹和半无限平面裂纹受对称或反对称荷载作用的问题。通过引入对称或反对称条件,将裂纹问题化归为压电半空间的边值问题,并利用势理论给出了一系列三维解析解。
丁皓江及其学生发展了状态空间法,并将其用于压电结构三维静动力响应问题的研究。结合Hankel变换技术,不仅给出了圆板、环板及扇形板振动和弯曲问题的解,而且指出了文献中存在的错误假设,首次获得了真正的三维精确解。对于横观各向同性层合压电矩形板板或球面各向同性层合球壳的振动问题,通过引入位移和应力函数,使原方程解耦得到了低阶的状态方程,结合级数展开技术发现第一类振动与材料的电学参数无关,是纯弹性振动模式。这一工作后来推广到压电压磁材料,从理论上严格阐明了国外同行在数值计算中观察到的类似现象。通过构建极坐标下的状态空间方程,分析了充液压电圆柱壳的自由振动和波的传播问题,其中2004年发表的“3D free vibration analysis of a functionally graded piezoelectric hollow cylinder filled with compressible fluid”一文在2009年入选Elsevier公司International Journal of Solids and Structures期刊的“2004-2008高引用论文”(Most Cited Articles)。
自1990年代初开始涉足压电弹性力学的研究,到2000年左右已取得了系统的研究成果,2001年丁皓江及其合作者撰写了国际上唯一一部三维压电弹性力学问题的英文专著《Three Dimensional Problems of Piezoelasticity》,由美国纽约Nova Science Publishers出版。该专著目前已成为压电弹性力学领域的重要参考文献,得到国内外同行的广泛好评。2002年,丁皓江及其学生因在压电弹性力学方面的系统研究成果获得“2001年度中国高校自然科学奖”二等奖。近年来,相关研究成果被丁皓江及其学生或者国内外其他研究者进一步推广到具有力、电、磁耦合特性的材料(即多铁性材料),继续发挥出解析分析方面的迷人魅力和长久影响力。
4. 弹性动力学
弹性动力学是一个相对较为成熟的学科,但各向异性弹性结构瞬态动力学响应的解析求解一直是一个难题。传统上采用Laplace变换结合静动力分解法来进行求解,但很多时候无法得到Laplace逆变换的解析形式,只能借助数值Laplace方法来进行具体问题的求解,但逆变换的积分核通常具有奇异性,会影响计算精度。
丁皓江发展了一套行之有效的用于分析单层和多层结构并考虑多场耦合的弹性动力学问题的高精度分析方法。这一方法将静动态分解技术、分离变量技术、正交展开技术以及传递矩阵列式完美地结合了起来,可实现直接在时间域内进行动力学问题求解。与传统的采用积分变换的求解方法相比,它绕过了逆变换时遇到的数值积分困难,同时还具有分析精度高、计算速度快等的优点。通过比较,不仅发现了有的学者采用Laplace变换时存在的若干数值计算问题,也表明了该方法的有效性。当考虑力电耦合效应时,可得到一个第二类的Volterra积分方程,提出了基于插值近似的高效递推求解算法,数值测试结果表明该算法具有很高的精度和很好的收敛性。
丁皓江及其学生进一步考虑弹性层和压电层混合的球壳或者柱壳的动力响应问题,对于这种情形的研究更具实际价值,对结构的智能控制设计有指导意义。在求解时,这类问题的边界条件和连接条件需作特别处理,因此分析上更具挑战性。研究了磁、电和弹性三场耦合的壳体结构的瞬态响应问题,最后导出了两个耦合的第二类Volterra积分方程,也给出了基于插值近似的求解算法。结合层合近似技术,此方法可以毫无困难地用于任意非均匀壳体的多场耦合动力响应分析。丁皓江及其学生还将所提出的方法推广到一类特殊的非均匀材料球壳和柱壳的动力响应分析上,如果材料常数是径向坐标的幂函数形式,发现仅多做一次合适的变量替换,就可用分析均匀材料壳体问题的类似方法进行求解。数值试验表明,通过设置非均匀材料指标参数的大小,可以有效调整和优化结构内部的动应力分布特征,这可供核能、军事等重大工程结构的抗震抗爆优化设计作参考。
5. 功能梯度材料结构力学
功能梯度材料的概念是日本材料科学家于上世纪八十年代中期提出的,由于可以避免因界面处材料特性突然变化而引起的过高界面应力,因此在航空航天、核能、生医、电子等领域都得到了迅速的应用。但是由于材料的非均匀性,即使对于线性弹性问题其控制方程也将是变系数的偏微分方程组,除一些特殊情况之外,解析求解一般十分困难。
依托国家自然科学基金重点项目和面上项目,丁皓江首先提出了可以考虑力、热、电、磁耦合的各向异性功能梯度材料直梁二维问题的广义应力函数解法。对于弹性材料,假设应力函数为梁轴向坐标的多项式形式,导出关于厚度向坐标的待定函数的控制方程,利用逐阶积分法获得了任意各向异性功能梯度梁在上下表面受任意多项式分布载荷作用下的解析解。对于压电材料和压电压磁材料,则假设应力函数、电位移函数和磁感应函数为梁轴向坐标的多项式形式,并循相同的求解思路获得有关的解析解。这样获得的解析解适用于各材料参数沿厚度方向的任意梯度分布情况,可在Saint-Venant意义上考虑简支、固支等不同的位移约束边界条件和集中力、弯矩等端部受荷作用。丁皓江及其学生也将这一求解思路成功推广应用于研究横观各向同性功能梯度圆板和环板问题。但上述分析方法仅适合于荷载为多项式形式,为了突破该限制,丁皓江又提出了结合叠加原理来考察任意荷载形式的求解思路,并成功给出了功能梯度弹性梁、压电梁和压电压磁梁受任意荷载作用下的响应分析。
自2005年起逐步发展成熟起来的上述求解体系,已可处理任意各向异性、材料参数沿厚度任意连续变化、任意边界条件和任意荷载作用的弹性直梁问题,并可考虑多场耦合效应,也求解了横观各向同性功能梯度圆环板问题。这一求解体系是对各向异性平面弹性问题Lehknitskii方法的重要突破,极大地丰富了非均匀材料力学的求解手段和研究内容。
6. 其它
除了以上涉及的5个主要研究方向外,丁皓江在楔体佯谬、流固耦合、饱和与非饱和土力学等方面也有独特的研究成果。例如,基于复变函数列式,提出了二次佯谬的新概念及解决方法;分析了各向异性圆柱壳和球壳与周围介质(如流体、弹性介质)的耦合自由振动问题,导出了三维精确解,为数值方法和近似分析提供了可资比较的基准;考虑惯性、粘滞和机械耦合作用,分别导出了可压缩和不可压缩饱和多孔介质一维瞬态响应精确解,提出了非饱和多孔介质一维固结齐次问题的通解。
总之,丁皓江在涉及的研究领域都能充分发挥他在解析分析方面的特长,这一方面体现了他具有广泛的研究兴趣和深厚的学术素养,另一方面他以科研为乐,总有“匠心独运”的研究思路,从而使得他能够攻克一个又一个难关,取得带有独特标识的研究成果。
三、教书育人,行高为范
丁皓江1957年到浙大工作后参与了浙江大学力学系的创建并一直工作至1995年,其中1984年4月至1992年9月任力学系主任,1995年转到浙江大学土木工程学系工作直至2005年底退休。在近50年的教师生涯中,承担了《理论力学》、《工程力学》、《弹性力学》、《有限单元法》、《弹性力学变分原理及其应用》等课程的教学任务。由于上课时经常融入自己的理解、经验和研究成果,使学生们见到了许多以前从没见过的求解力学问题的思路和方法,并领略到著名学者的学识风范,学习上受益匪浅,因此深获学生喜爱和好评。
多年来,丁皓江参与编写了理论力学统编教材和弹性力学推荐教材;主编了《弹性和塑性力学中的有限单元法》,被广泛采用。
自1978年指导硕士研究生起,丁皓江已指导培养硕士34人、博士21人。丁皓江严谨的治学精神在学生培养上也得到了充分的体现。事实上,他的学生们都记得在写第一篇研究论文的情形,他总是一遍一遍耐心地帮助修改,一般至少要改七、八遍,这一精益求精的严谨治学态度一方面使学生较快领悟高质量论文的撰写要点,另一方面也培养了学生不敢轻忽任一细节、追求完美的研究风格。因此,丁皓江培养出了许多优秀的学生。
丁皓江十分热心推动国内特别是华东地区的力学学术交流,因为他觉得这不仅是相互学习和讨论的平台,也提供了合作研究、共同提高的契机。他发起和共同筹建了“华东计算力学联络委员会”,推动组织了“华东计算力学会议”系列会议,该会议规模逐年增多,影响日渐扩大,已成长为具有全国影响的计算力学会议。后来又积极支持“华东固体力学联络委员会”举办“华东固体力学学术会议”,该会议目前已举办了十六届。1999年他感到华东固体力学领域出现了一批具有很好潜力的年轻学者,因此提议并推动组织了“华东固体力学沙龙”系列活动,该活动自2000年举办第一次活动起,每年举办2-4次,已成为国内有较大影响的力学沙龙。通过深入的探讨和交流,沙龙成员扩大了研究视野,促进了学识水平的提高。到目前为止,该团体中已有3位教授获得国家杰出青年基金资助,另有3位教授参加过杰出青年基金的答辩。沙龙成员之间也建立了良好的科研合作关系,如同济大学仲政教授和浙江大学陈伟球教授等于2005年起合作承担国家自然科学基金重点项目,该项目2008年结题时被评为优秀。2004年丁皓江又支持组织举办了“第一届全国压电和声波理论及器件技术研讨会”,并亲自担任大会主席,该系列会议目前已举办了五届,已成为力学工作者、压电器件研究者和生产企业技术人员的良好交流平台;由于顺应了压电领域的研究趋势和生产发展,每届会议都得到了国内外压电企业的大力资助。2005年他又和鲍亦兴先生推动举办了“两岸工程力学研讨会”,该会隔年在大陆和台湾举行,在两岸工程力学研究者中产生了重要的影响。丁皓江参与推动的这些学术活动所取得的重大效果充分体现了他的高瞻远瞩及乐意提拔后进的崇高品质,也为年轻学者树立了杰出的榜样。
由于丁皓江在教学和人才培养方面的突出成就,2005年他获得了浙江大学“竺可桢奖”。该奖是浙江大学为表彰在教学、科研、管理等方面作出重大贡献的教职工而设立的最高荣誉奖。
四、代表性论著
1. 李文昌, 陈国平, 丁皓江. 正交曲线坐标中的曲壳单元. 计算结构力学及其应用, 1984; 1(2): 31-40.
2. 丁皓江,周卫宇,孙丽波.一种新型的平板弯曲单元.力学学报,1986; 18(5):421-429.
3. Ding Haojiang and He Wenjun. Transition elements matching the near crack-tip strain field. International Journal of Fracture, 1992; 55(4):293-301.
4. 丁皓江,陈伟球.可压缩流体中封闭薄球壳的自由振动.力学学报,1995; 27(4): 385-397.
5. Ding Haojiang, Chen Weiqiu and Liu Zhong. Solutions to equations of vibrations of spherical and cylindrical shells. Applied Mathematics and Mechanics, 1995; 16(1): 1-15.
6. Ding Haojiang and Chen Weiqiu. Nonaxisymmetric free vibrations of a spherically isotropic spherical shell embedded in an elastic medium. International Journal of Solids and Structures, 1996; 33(18):2575-2590.
7. Ding Haojiang, Liang Jian and Chen Buo. The united point force solution for both isotropic and transversely isotropic. Communications in Numerical Methods in Engineering, 1997; 13(2): 95-102.
8. Ding Haojiang, Chen Buo and Liang Jian. On the Green’s functions for two-phase transversely isotropic piezoelectric media. International Journal of Solids and Structures, 1997; 34(28):3041-3057.
9. Ding Haojiang, Wang Guoqing and Chen Weiqiu. Green’s functions for a two-phase infinite piezoelectric plane. Proceedings of the Royal Society of London, Series A:“Mathematical and Physical Sciences”,1997; 453(1966): 2241-2257.
10. Ding Haojiang, Chen Weiqiu, Guo Yimu and Yang Qingda. Free vibrations of piezoelectric cylindrical shells filled with compressible fluid. International Journal of Solids and Structures, 1997; 34(16): 2025-2034.
11. Ding Haojiang, Peng Nanling. The wedge subjected to tractions proportional to rn : A paradox resolved. International Journal of Solids and Structures, 1998; 35(20): 2695-2714.
12. Ding Haojiang, Pen Nanling. The analysis of thermal residual stresses near the apex in bonded dissimilar material. International Journal of Solids and Structures, 1999; 36(36): 5611-5637.
13. Ding Haojiang, Hou Pengfei and Guo Fenglin. The elastic and electric fields for three-dimensional contact for transversely isotropic piezoelectric materials. International Journal of Solids and Structures, 2000; 37(23):3201-3229.
14. Ding Haojiang and Xu Rongqiao. Free axisymmetric vibration of laminated transversely isotropic annular plates. Journal of Sound and Vibration, 2000; 230(5): 1031-1044.
15. Chen Weiqiu, Ding Haojiang and Xu Rongqiao. Three-dimensional static analysis of multi-layered piezoelectric hollow spheres via the state space method. International Journal of Solids and Structures, 2001; 38(28-29): 4921-4936.
16. Ding Haojiang, Wang Huiming and Hou Pengfei. The transient responses of piezoelectric hollow cylinders for axisymmetric plane strain problems. International Journal of Solids and Structures, 2003; 40(1): 105-123.
17. Wang Huiming, Ding Haojiang and Chen Yunmin. Dynamic solution of multilayered orthotropic piezoelectric hollow cylinder for axisymmetric plane strain problems. International Journal of Solids and Structures, 2005; 42(1): 85-102.
18. Ding Haojiang, Huang Dejin and Chen Weiqiu. Elasticity solutions for plane anisotropic functionally graded beams. International Journal of Solids and Structures, 2007; 44(1): 176-196.
19. Ding Haojiang and Chen Weiqiu. Three Dimensional Problems of Piezoelasticity. New York: Nova Science Publishers, 2001.
20. Ding Haojiang, Chen Weiqiu and Zhang Liangchi. Elasticity of Transversely Isotropic Materials. Dordrecht: Springer, 2006.
撰稿人:
陈伟球(1969~),江苏吴江人,浙江大学工程力学系教授、博士生导师,力学系主任。1990年9月起师从丁皓江先生攻读硕士学位(后转直博),并于1996年3月获博士学位。
凌道盛(1968~),安徽黄山人,浙江大学建筑工程学院教授、博士生导师,浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室副主任,丁皓江先生研究生。
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结 束
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