黄克智

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黄克智,著名力学家和力学教育家。长期从事弹塑性断裂力学、薄壳理论和塑性理论的研究工作。在裂纹扩展过程与断裂准则、薄壳理论的渐近展开和合成解法、宏观与细观塑性本构关系等方面获得了重要成果。在压力容器、反应堆结构强度研究中,作出显著成绩。他长期从事教育工作,培养了一批固体力学研究人才。

黄克智 - 生平概况

黄克智,1927年7月21日出生于江西省南昌市一个邮局职员的家庭。黄家诗礼传家,曾祖父原是福建省福州市一位有名的“儒医”,家族以“黄书香堂”为名。祖父黄燮曾是清光绪年间的秀才,后又学习新学,经当时的两江总督安排去南昌高等师范学堂执教英语与数理化,全家遂自闽迁赣。黄克智的父亲黄以诚为人十分忠厚老实,在南昌邮局辛勤工作了40多年。母亲龚慎修,知书识礼,操持家务,靠黄父微薄的薪金抚养教育了九个子女。

黄克智在南昌上完小学后,日本侵略的战火已燃至江西,他随全家颠沛流离,先在江西省吉安阳明中学,后又在赣县幼幼中学读完初一,不久又迁至赣县中学王母渡分校念初二。战乱与动荡的生活、贫寒的家境,给少年黄克智的学习带来许多困难:他就读的第一个中学,在1938年初被日本飞机炸平;他还常常为缴不起学费而困窘,寒暑假也只能靠步行回家,有时要走100多里路。在逆境中,他发奋读书,跳过初中三年级,直接考取当时暂迁于江西省遂川的赣省高级中学。1943年,16岁的黄克智以全国联考江西省第二名的优异成绩考入中正大学。他抱着“技术救国”的愿望选学土木工程。当时,中正大学土木工程系曾先后辗转于赣县、泰和县杏岭、宁都等处,直至抗日战争胜利后才迁回南昌。在土木工程界权威蔡方荫先生的培养教育下,他受到了较好的工程与力学基础教育。1947年7月,他以全班第一的成绩毕业于中正大学。以后,经蔡先生介绍至北洋大学任土木工程系助教一年。1948年,他以土木类第一名的成绩考取清华大学研究生,师从于著名力学家张维,同时兼做工程力学的助教。

1952年研究生毕业后,黄克智被分配在清华大学基础课部力学教研组任讲师。这时,他对薄壳理论的研究已引起国内外力学界的注意。1955年,他被国家派遣至莫斯科大学数学力学系塑性力学教研室进修,受到苏联科学院院士、国际著名力学家Ю?H?拉包特诺夫(Роботнов)的悉心指导。经过三年夜以继日的刻苦钻研,他在薄壳与薄壁杆件的弹性与塑性分析方面得到了一系列优异的研究结果,受到该教研组很高的评价。1958年10月,正当他已初步拟就博士论文准备答辩之际,国内在大跃进形势下,函召他立即回国,参加组建清华大学工程力学数学系的工作。黄克智接到通知后,毅然放弃了获得博士学位的机会,按时回国,并以忘我的热情投入了数学与科研工作。他先后担任系教学秘书和固体力学教研组副主任。在短短的六七年中,开出了弹性力学、塑性力学、薄壁结构力学、蠕变理论、传热学与热结构学、薄壳理论等8门新课,并培养了一大批工程力学专业毕业生与6名研究生,为中国第一个工程力学系的创建与发展奠定了基础。 《中国青年报》曾在1961年11月28日以《积跬步成千里——青年教师黄克智刻苦自修不断成长的事迹》为题,发表专访文章,报道了这一段时间内他坚持不懈、勤奋踏实、勇于进取的精神及其作出的成绩。1963年,任清华大学副教授。

1973年,从农场劳动一回学校,黄克智就致力于把薄壳理论应用于制订中国压力容器规范的工作,在换热器管板设计方法上取得了重大技术性突破,使中国这一部分的规范领先于法、美等先进工业国家5年以上。这项研究成果被颁布为国家标准,在中国12个行业的成千个企事业单位中推广使用,这是力学应用于工程的一个范例。他由此从1984年起连续两届被全国压力容器标准化技术委员会聘请为顾问,并在国际压力容器界为中国争得了赞誉。

1977年后,黄克智将其研究重点转入了新兴的断裂力学领域,并致力于将力学与材料科学相结合,取得了一系列国际领先的研究成果,成为该领域中的国际知名学者,被选为国际断裂学会(ICF)副主席、国际理论及应用力学联合会(IUTAM)理事、国际材料力学行为学会(ICM)无任所董事、远东断裂组织主席。1978年,任清华大学教授。短短10多年中,他共发表了100多篇学术论文,撰写了5本学术专著与教材,负责主持了7项国家级科研项目,获得了12项国家、部委与省市级奖励;在清华大学为研究生与青年教师开出了10多门课程,培养了6名硕士生和19名博士生;作为中国国务院学位委员会力学评议组组长、国家教委工程力学专业教学指导委员会主任委员、国家教委科学技术委员会委员兼力学学科组组长,他还主持组织国内力学专家对中国工程力学教育及学术发展的重大问题进行研究。现在,他虽已年逾花甲,仍每天工作14小时以上,他以敏捷的思维、过人的精力保持着学术上的青春。

黄克智于1955年与土木结构工程师陈佩英结婚,他们共有两子一女。

黄克智 - 壳体理论

黄克智用渐近方法系统地探讨了壳体分析的各种近似方法的理论,确定了各种近似方法的适用范围和误差量级,提出了薄壳统一分类理论。他以“变化长度”的渐近量级阶次为纲,严格地导出了实际应用中最重要的各种简化理论。在柱壳情况下,黄克智引用了3个特征尺寸,即壳长L、壳的中径R和壳厚h(h<<L、R),用严格的数学渐近方法导出了随着L/R比的增加,壳体应力状态描述应逐步从薄膜理论至半无矩理论至薄壁杆件理论而过渡到梁理论。苏联科学院院士拉包特诺夫认为,黄克智“提出的渐近积分方法比现有的方法具有更大得多的广泛性”、“对薄壁杆件弹塑性变形理论得到了一系列的新结果,同时使薄壁杆件弹塑性变形理论达到完善得多的程度”。

黄克智发展了求解壳体问题的合成分解法,即把壳体的应力状态分解成若干简单状态,每个简单状态有它自己的简化基本方程,而各个简单状态所占的相对比重却取决于所给边界条件的类型,运用几个简单状态的组合来满足全部边界条件而得到最后的解。因此,把一个极为复杂的壳体问题改变为几个简单的问题,使可解问题的范围大为扩大。

薄壳的弯曲边界层理论是薄壳理论的重要组成部分。该理论由Geckler于1930年对轴对称壳首次提出,后经Гольденвейзер在1945年推广至一般薄壳。但这一边界层理论却仅能达的精度,低于薄壳理论自身的精度h/R。黄克智和他的学生首次对简单边界层提出了完备的二次近似理论及所对应的边界层效应通解,从而使边界层解的精度提高到与薄壳理论的基本精度相协调的量级。

黄克智 - 强度分析

黄克智把力学应用于中国换热器管板设计规定。换热器是动力、化工、石油等行业中大量使用的通用设备,对其关键部件——管板,由于结构十分复杂,又不宜采用数值解法分析,各先进工业国家至今尚无完善的分析设计方法。自70年代以来,黄克智与合作者经过不懈的理论研究和对7块大型管板的测试,制订了中国的设计规范。这一设计方法的重大技术性突破即在于它可以大幅度地减薄大直径管板的厚度,节省原材料,减少加工制造工艺上的困难。它比国际权威性规范(如各国多年一直沿用的美国TEMA规范)更为合理,且符合实验结果,故被列入中国国家标准。10多年来,这一设计规范广泛应用于中国12个工业部门和中央与地方的上千个企业事业单位中。自1977年中国原石化、一机两工业部制订了这一新型管板设计规范之后,1982年法国也随之在部分工业部门采用了与黄克智等建议的类似的设计方法,并力图把这一方法交流到世界各国。此外,第十届国际反应堆结构力学会议(SMIRT)与美国机械工程师学会(ASME)压力容器与管道年会也都曾邀请中国介绍管板研究成果,引起广泛的注意与赞赏。

黄克智 - 研究成果

黄克智和他的学生们在弹塑性断裂力学方面获得了下述重要研究成果:

1、对工程中重要的幂硬化材料提出了新的扩展裂纹尖端奇异场理论该理论所标志的突破性进展,在1981年第五届国际断裂会议上,被J.R.赖斯(Rice)所做的大会总结报告肯定。美国科学院院士、哈佛大学J.W.霍金森(Hutchinson)在大会特邀报告中指出,该解基本上阐明了“幂硬化材料扩展裂纹尖端奇异场”这一“令人难以捉摸的问题”。

2、得到了描述幂硬化材料裂纹起裂后整个稳定非定常扩展过程的理论阻力曲线使人们对扩展裂纹的力学规律有了更深入的认识,为将裂纹扩展理论引入结构缺陷评定提供了现实的理论桥梁。

3、采用了更接近于真实的考虑鲍氏效应的混合硬化模型,研究了裂纹尖端的分区构造及其渐近解这一研究成果被1984年第六届国际断裂大会从400余篇论文中选出作为10篇优秀论文之一。

4、澄清了理想弹塑性可压缩材料的扩展裂纹尖端奇异场这一国际上弹塑性断裂力学研究中令人瞩目的难题这一成果被专门邀请在国际理论与应用力学联合会(IUTAM)组织的“非线性断裂力学进展”国际讨论会上报告,受到国际断裂力学界的赞扬。国际断裂力学著名权威、曾得到诺贝尔奖金提名的哈佛大学赖斯教授专门致信黄克智承认了他们原先解答中的失误。

有限变形塑性本构理论与材料增韧学从1988年以来,黄克智开始致力于有限变形塑性本构理论这一国际科研前沿领域的研究。作为基本的数学与力学工具,他首先完成了《张量分析》与《非线性连续介质力学》这两部系统性的研究专著,并以此为基础,提出了包括Cauchy平均转动公式、固化物质导数、变形率标架旋率和弹塑性变形率分解的不变性准则等一系列创新结果与概念。黄克智及其学生利用宏细观结合的本构理论,剖析了形状记忆合金和结构增韧陶瓷的相变变形本构关系,并根据这一新型本构关系预言了Zro,陶瓷的增韧值及相变区尺寸。上述成果于1989年应邀在美国7所最著名的大学作了学术讲演,得到一致好评。

黄克智 - 严谨治学

为中国工程力学界培养一代新人。黄克智在清华园辛勤耕耘40年,为中国工程力学界培养了一大批优秀的中青年学术骨干。受到他直接指导的研究生与中青年教师中,已有4名为国家教委表扬的“在工作中作出突出贡献的中国博士学位获得者”,9名正教授,2名部队院校的解放军上校。这与他刻苦钻研的表率作用及对学生的严格要求有着十分密切的关系。“文化大革命”中下厂“开门办学”期间,他被安排和80个“工农兵学员”同住一个大房间,睡大统铺。即使在这样的条件下,他仍挤出时间详细阅读了几十篇有关压力容器弹塑性分析的文献,自学了日语与法语。在他阅读过的文献及所写的笔记本上,密密麻麻地记满了对别人公式的详细推导与看法。对于他指导的助手与学生们所推导的公式和论文,他都要逐字逐句仔细地校核与修改,甚至其中相当一部分研究工作的计算机源程序,都经过他逐行逐段地校核。从1977年10月份以来,他主持的断裂与塑性力学讨论班每周六上午进行一次的活动,至今已坚持了10多年。在讨论班上,报告国内外该学科的最新发展,请校内外其他相关专业的专家交流研究成果,讨论本学科的新思想与方法,检查研究生的论文工作进展。对于中青年教师与研究生们叙述的问题,他都要刨根问底,不放过一点差错与疏漏。他以自己的榜样带领、鞭策和激励着一批又一批的年轻力学工作者努力攀登科学高峰,不断进取。

黄克智 - 人物简历

1927年7月21日 生于江西省南昌市。
1943—1947年 江西中正大学土木工程系学习,1947年毕业。
1947—1948年 任北洋大学土木工程系助教。
1948—1952年 清华大学攻读研究生,兼任工程力学助教,1952年毕业。
1952—1955年 任清华大学基础课部力学讲师。
1955—1958年 苏联莫斯科大学数学力学系塑性力学教研室进修。
1958—1978年 任清华大学工程力学系讲师,1963年起任副教授。
1978年— 清华大学工程力学系教授,1982年起,任工程力学研究所所长、清华大学校务委员、校学术委员会副主任。历任中国力学学会理事(四届)、常务理事(三届)及第三届(1986—1990)副理事长。
1987年— 任法国科学院与教育部客座教授,在法国巴黎中央学院、巴黎多科性工科大学等四校的力学系与材料系讲学。任《力学学报》编委、副主编,1989年起任主编。
1991年— 任中国科学院学部委员。

黄克智 - 主要论著

1 黄克智,薛明德,李世玉.换热器固定式管板的一种应力分析方法.机械工程学报,1980,16(2):1—23(中文);英国伦敦:第四届国际压力容器会议文集,英国工程师学会出版,1980,3:50—63(英文).
2 高玉臣,黄克智.应变硬化材料中裂纹定常扩展的弹塑性场.断裂力学进展,法国戛纳:第五届国际断裂会议文集,1981,2:669—682.
3 黄克智,薛明德.中国管板设计规定与TEMA标准的对比及试验验证.力学学报,1984,16(1).
4 黄克智,谢慧才.具有鲍氏效应的幂硬化材料Ⅲ型定常扩展裂纹奇异场.固体力学学报,1984,5(4):499516.
5 黄克智,陆明万,薛明德.弹性薄壳理论.北京:高等教育出版社,1988
6 黄克智.非线性连续介质力学.北京:清华大学出版社,1989.
7 黄克智,杨卫.基于韧性断裂的结构完整性评定.国际应用力学会议文集.北京:派格蒙出版社,1989(英文).
8 黄克智,罗学富.可压缩理想弹塑性材料中的扩展裂纹尖端场的摄动解.国际断裂杂志,1990,42:323—340(英文).
9 黄克智,余寿文,杨卫.裂纹尖端奇异场研究在中国.应用力学评论,1990,43(3):19—33(英文).
10 黄克智,孙庆平,余寿文.细观陶瓷非比例加载条件下正向相变细观本构模型.力学学报(英文版),1990,6(4):324—332.
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