胡海昌

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国际著名力学家、中国科学院院士、中国空间技术研究院技术顾问。创立了弹性力学三类变量广义变分原理,即国际上公认的胡-鹫津原理;建立了力学上新型的边界积分方程;首次找到了横观各向同性弹性体空间问题的一些重要解。在振动理论和结构理论方面也有重要贡献。

胡海昌 - 生平概况

胡海昌,1928年4月25日出生于浙江省杭州市的一个从事教育工作的小知识分子家庭。他于1946年考入浙江大学土木工程系,学习刻苦,且自学有方,善于从理论角度分析问题。他深受当时在浙江大学任教的钱令希的赏识,因而得到其特殊指导,在大学期间就完成并发表了两篇学术论文。
1950年大学毕业后,他进入中国科学院数学研究所力学研究室工作,从此开始了从事力学研究的生涯。在钱伟长领导下,力学研究室是一个非常活跃的研究集体。刚迈出大学校门的胡海昌,在短短几年内就在弹性力学、板壳理论等领域发表了约30篇论著。其中尤为重要的是发表于《物理学报》 (1954年10卷2期)上的《论弹性体力学和受范性体力学中的一般变分原理》。该文创立了三类变量广义变分原理,对弹性力学、变分原理、力学中的数值方法产生了深远影响,被世界公认为胡-鹫津原理”。这篇论文提出的广义变分原理结果被世界上许多教科书、词典和百科全书称为胡海昌--鹫津久一郎原理。鹫津久一郎是日本学者,早年访问美国,在麻省理工学院卞学鐄教授指导下进行过研究。鹫津久一郎的广义变分原理是在1955年发表的。那些年代我国和西方国家交流很少。他们也没有看到胡海昌的文章,所以西方世界一直以鹫津久一郎原理称呼。一直到20世纪70年代,在美籍华人学者的推动下,西方才了解到中国胡海昌在这方面发表的最早的工作,包括鹫津久一郎本人后来也在自己的著作中以胡海昌—鹫津久一郎原理称呼。
1956年,中国科学院力学研究所成立,胡海昌任该所助理研究员。同年,他参加的以钱伟长为首的集体研究成果《弹性薄板的大挠度问题》获中国科学院自然科学奖二等奖。以后,直至1965年,胡海昌一直在中国科学院力学研究所工作,任副研究员、固体力学研究室主任,从事早期的火箭总体设计和壳体稳定性研究。
60年代初,中国集中了一批优秀专家研究空间技术。1966年,胡海昌到中国空间技术研究院空间飞行器总体设计部工作,历任空间飞行器总体设计部副主任、科技委员会主任、名誉主任等职,1981年被聘为研究员。胡海昌在运用理论知识解决实际问题、指导工程技术工作的同时,仍坚持从事理论研究,不断取得新的成果。
1981年,胡海昌当选为中国科学院学部委员。

在从事科学研究的同时,胡海昌还热心于教育事业。从50年代起,他在北京大学数学力学系讲授弹性力学、板壳理论、薄壁杆件理论、弹性力学中的变分原理、振动理论等多门课程,还在清华大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学等校兼职,并自1957年起,开始指导研究生。自1979年起,任北京大学、浙江大学兼职教授、首批博士生导师。

胡海昌还担任了国务院学位委员会力学评议组成员、中国振动工程学会理事长、中国气功科学研究会学术委员会副主任、 《振动工程学报》主编等职。曾任中国力学学会第一、第二、第三届理事,第三届副理事长,现任名誉理事; 《力学学报》副主编、 《振动与冲击》主编等职。

1978年以后,还先后担任北京市第五、第六、第七、第八届政治协商会议委员,全国第八届政治协商会议委员。

国际著名力学家、中国科学院院士、“胡-鹫津原理”的创建者、中国空间技术研究院技术顾问胡海昌因病医治无效,于2011年2月21日18时55分在北京逝世,享年81岁。

胡海昌 - 广义变分原理

胡海昌除了进行有关中国空间飞行器的研究、设计工作以外,曾发表论文百余篇,涉及弹性力学、塑性力学、流体力学以及结构力学的平衡、稳定和振动等领域;还有著、译7本。他的研究工作极富创造性,尤其在广义变分原理方面的杰出成就,是对力学的重要贡献,在国际力学界产生很大影响由于工程中的力学问题大多难于求得精确解,因此寻找其简单可行而又有实用精度的近似解成为力学界长期探讨的课题。50年代以前,各种重要的近似解法大致可分为三类:第一类是根据力学背景作出若干简化假设,建立工程实用的结构理论。从固体力学观点衡量,这些近似理论大多精确满足连续条件和平衡条件而近似满足本构关系,例如梁、板、壳理论。第二类是根据最小势能原理用里兹法求近似解。它们虽能精确满足连续条件和本构关系的要求,但只能近似满足平衡条件。第三类是根据最小余能原理用里兹法求近似解。它们虽可精确满足平衡条件和本构关系,但只近似满足连续条件。
还在大学期间,胡海昌就在钱令希的指导下开始探索这一课题,力图求得一种方法,它不强制要求精确满足什么方程,而是把哪些方程能精确满足,哪些方程能近似满足的问题留给解题人根据问题的性质来作出抉择。1950年莱斯纳提出了弹性力学的二类变量广义变分原理,展示了在能量法中同时近似地满足不同力学性质的方程的可能性。继而,胡海昌于1954年在《物理学报》上发表了《论弹性体力学和受范性体力学中的一般变分原理》,文中提出了三类变量广义变分原理。在这个变分原理中,位移、应变和应力三类变量全都作为自变函数,全部方程都不必精确满足。这是一个无条件的变分原理,它为以往的工程实用结构理论提供了能量法观点的解释,更为研究各种近似解法提供了空前灵活的理论根据。
这篇论文发表后,在五六十年代,国内掀起了研究变分原理的热潮。一方面是根据广义变分原理用里兹法求近似解,这在国际上是一个创举,比国外同类工作早了5年。另一方面是相继提出了板、壳、振动、稳定诸问题的广义变分原理,在国际上也处于领先地位。
1964年,美国同行率先把胡海昌提出的变分原理称为胡-鹫津原理(鹫津久一郎,日本人,1955年在美国提出与胡相同的变分原理)。1970年前后,不断有人指出,广义变分原理是建立包括有限元法在内的各种近似解法的坚实的理论基础。这样,在国外也出现了研究和利用变分原理的热潮,尤其是根据广义变分原理来论证已有的和建立新的有限元法。自此,胡-鹫津原理得到美、日、苏、英、法、德、意等国同行的公认,并在众多的弹性力学、板壳理论、有限元法的专著和论文中得到介绍和引用。一项国内的力学研究成果在国外引起如此强烈的反响,尚属罕见。
1982年,以胡海昌为首的5位力学家的研究成果《弹性力学的广义变分原理的研究》获国家自然科学奖二等奖,他的专著《弹性力学的变分原理及其应用》获全国优秀科技图书奖。

胡海昌 - 边界积分方程

60年代以后,边界积分方程和边界单元法逐步兴起,现在它已和有限元法、加权残差法、差分法并列为计算力学中的4大方法。数学中的第二类积分方程便于数值求解,而第一类积分方程较差。以前,边界积分方程属于哪一类,取决于问题中边界条件的性质,而不取决于解题人的愿望。

1986年,胡海昌从守恒积分出发,导出了力学上全新的一类边界积分方程。新、老两类边界积分方程恰好具有互相补充的特点,即在同一问题的同一边界上,如果老办法给出第一类(第二类)积分方程,那么,新办法就给出第二类(第一类)积分方程。这样,把新、老边界积分方程结合使用,就能在所有边界上按照解题人的愿望得到第二类或第一类积分方程。这一发现使边界积分方程、边界单元法获得更多的应用前景。最近已有人把这一思想用于解决平面二阶椭圆型方程的混合边值问题和含裂缝弹性体的应力分析上,数值例子表明它确有预期的优点。目前,这方面的工作正在逐步开拓中。

胡海昌 - 同性弹性体

国际上对各向异性弹性体力学的研究早在19世纪就已开始。1953年以前,人们已求得了各向异性体的平面问题、扭转问题、弯曲问题和横观各向同性体的轴对称变形问题等多种解。它们在力学上虽然是空间问题,但在数学上却都是二维问题,真正三维的空间问题的某些解,直到1953年才由胡海昌找到。

胡海昌把横观各向同性体的位移用两个位移函数表示出来,大大简化了待解的方程。通过位移函数,求得了真正三维的空间问题的一系列解,其中一些解应用于土建中的基础与地基分析中具有重要的意义。胡海昌在这方面的工作受到苏联、美国等国外同行的重视,并在他们的论文、专著中被引用介绍。
胡海昌及其同事还把上述方法用于求解球面各向同性弹性体、中厚板(包括夹层板)、薄及中厚壳、受预应力的圆柱壳等问题,都取得了丰硕的成果。
1956年,他的研究成果《横观各向同性体的弹性力学的空间问题》获中国科学院自然科学奖三等奖。
另外,胡海昌在弹性薄板、薄壳的大挠度问题的研究中,也有重要发现。弹性薄板、薄壳的大挠度问题,过去常用小参数法求解。1954年,胡海昌发现,用不同的小参数所得的结果,在公式上可以互相转化,但若取有限项,则数值结果的近似程度大不一样。于是,他首次提出选用较优的小参数问题,并建议先用广义位移作为小参数。小参数的选择问题,直到80年代之前,都陆续有人进行研究。

胡海昌 - 振动理论和技术

80年代,胡海昌积极倡导加快从静态设计到动态设计的过渡,推动振动理论和技术的研究及应用,组织中国振动工程学会和创办有关振动研究的学术刊物。他本人也很注重振动理论的研究并取得了许多重要成果。例如,用力学与泛函结合的方法统一论证了结构理论中振动的普遍性质;将小参数法和局部修改法系统应用于多自由度结构的固有振动问题上;改进和发展了特征值的包含定理和计数定理等等。
1987年,他与合作者共同开展的《线性弹性结构理论中两类算子的正定性和紧致性的研究》,获国家教委科学技术进步奖二等奖。

胡海昌 - 严谨学风

胡海昌生活俭朴,关心集体。50年代,他曾一次购买了1000元公债。1982年,曾将所获自然科学二等奖奖金全部捐赠给中国力学学会。
胡海昌待人诚恳、乐于助人,热心培养人才。他的教学方法富于启发性,引导和培养学生独立思考,进行深刻的思维,因此很受学生欢迎。他经常教育年轻人要将学习和工作视为象马拉松长距离跑一样,须时时努力,追求一生,以期求得最大的贡献,而不要计较一时一事之得失。他对众多的来访来函求教者,总是尽力给予热情中肯的帮助,关心他们学术上的成长。
胡海昌学风严谨,思维敏捷,博采众家之长,富有独到新颖的学术思想。他重视科学研究的方法论和策略思想,善于抓住事物的力学本质,灵活选用有针对性的数学方法,将力学和数学紧密、巧妙地结合起来。在他的许多论著中,常把困难和复杂的问题论述得深入浅出、条理清晰、干净利落。
胡海昌十分珍惜时间,他长年潜心研究工作,把全部精力献给科学事业。在成名之后,他亦仍然如此,常常主动谢绝各种非学术性的出头露面的活动。他非常重视工作效率,经常说:一个脑力劳动者,须要保持清醒的头脑,这和工人保持机器、军人保持武器处于良好状态一样重要。他一般不加班加点,并且常劝说别人工作要满负荷,但不要超负荷。
胡海昌之所以取得卓越的成就,他认为:人各有其特殊性,经验要靠自己创造。但是有一点是共同的,要办成一件有意义的事,要有崇高的理想、科学的态度和大度的胸怀。有崇高的理想,才会有正确的取舍和持久的毅力;有科学的态度,才能出效率、出效果;有大度的胸怀,才能虚心学习、博采众家之长。

胡海昌 - 人物简历

1928年4月25日 生于浙江省杭州市。
1950年 毕业于浙江大学土木工程系。
1950—1956年 任中国科学院数学研究所力学研究室研究人员。
1956—1965年 任中国科学院力学研究所助理研究员、副研究员、固体力学研究室主任。
1966年— 历任中国空间技术研究院空间飞行器总体设计部副研究员、研究员、副主任,科技委员会主任、名誉主任。
1978年— 任北京市第五、第六、第七届政治协商会议委员。
1979年— 任北京大学、浙江大学兼职教授,首批博士生导师。
1981年— 任中国科学院学部委员。
1986年— 任中国力学学会第三届副理事长(至1990年)、中国振动工程学会理事长。
1989年— 任中国气功科学研究会学术委员会副主任。
1993年— 任全国政治协商会议委员。

胡海昌 - 主要论著

1 胡海昌.横观各向同性体的弹性力学的空间问题.物理学报,1953,9(2):130—144.
2 胡海昌.横观各向同性的半无限弹性体的若干问题.物理学报,1954,10(3):239—256.
3 胡海昌.论弹性体力学和受范性体力学中的一般变分原理.物理学报,1954,10(3):259—289.
4 胡海昌.在均布及中心集中载荷作用下圆板的大挠度问题.物理学报,1954,10(4):383—392.
5 胡海昌.弹性力学的变分原理及其应用.北京:科学出版社,1981.
6 胡海昌.加权残差法的几个理论问题.合肥工业大学学报,1983(4):1—12
7 王大钧,胡海昌.论弹性结构理论中两类算子的正定性和紧致性.中国科学(A辑),1985,2:146—155.
8 胡海昌.弹性力学中一类新的边界积分方程.中国科学(A辑),1986,11:1170—1174.
9 胡海昌.多自由度结构固有振动理论.北京:科学出版社,1987.
10 胡海昌.弹性力学广义变分原理在求近似解中的正确应用.中国科学(A辑),1989,11:1159—1166.

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