蒋桐(53届)——啊!科技真伟大!

发布时间:2017.11.12

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来源:福州三中


我长期在高等学校从事工程力学、工程结构领域的教学和科研工作。每当我完成国家重大科技攻关课题,对国家重大工程建设作了一点贡献,在理论上、实践上有所突破的时候;每当我在美国导师指导下,完成重大研究课题,进占学科前沿,取得世界先进水平研究成果的时候;每当我直接指导具体工程的复杂技术问题,处理突发状况,挽救经济建设损失的时候,我会像“啊!真主真伟大!”那样从内心深处迸发出“啊!科技真伟大!”的呼声和感慨。

八十年代后期,我刚由美回国便接受了两个由国务院重大装备办公室下达的直接为长江三峡工程建设服务的国家重大科技攻关课题:

一个是《巨型(三峡)平面闸门400吨压力定轮(滚轮)结构设计计算与分析》。其背景是我国发生过的所谓“758”事件。也就是19758月在河南、安徽一带发生特大洪水灾害,有两座中型水库发生溃坝事故,死伤人数以十万计。由于事发“文革”时期,又有更严重的“唐山大地震”在后,此事件未作充分报道。事发后,检查发现,就技术层面而论,溢洪道平面泄洪钢闸门定轮(滚轮)轴套因受巨大压力而破碎,致使闸门无法沿滚轮上提泄洪洪水漫顶而溃坝。三峡工程的多个平面钢闸门承受着更加巨大的压力,一个定轮(滚轮)直径达1m,要承受400吨压力,岂能因失效而出事故。因此,需要研究出科学的结构设计计算方法。其难点在于:轮轴压轴套、轴套压轮毂、轮毂压轨道形成需考虑动态磨擦的多点接触,是个双重非线性问题,在尚无精确计算方法的情况下,作为一个国家科技攻关课题。

另一个是《巨型(三峡)船闸人字闸门顶枢锚杆结构设计计算与分析》。其背景是在80年代作为三峡工程试验坝的宜昌葛洲坝的一次重大事故。其船闸人字钢闸门一次在关闭过程中,顶枢AB两个锚杆的A杆突然断裂,门体随之倾斜。该闸门高33m21m10层楼高的庞然钢铁巨无霸若倾覆,而砸向船闸内的过闸船只,后果不堪设想。幸好B杆未断,闸门搁底,未发生倾覆。三峡工程人字钢闸门结构和尺寸与葛洲坝基本相同。此类事故绝不容许在三峡工程发生。作为国家科技攻关课题的难度在于涉及联动结构多联体动态摩擦接触所形成的三重非线性问题。

我带领研究生和青年教师日夜攻关,经过艰苦地努力终于完成了课题任务。运用当时先进的边界单元法计算多体和多联体动态摩擦接触问题为国内首创。创新性地提出边界元和有限元耦合的子结构法计算多体动态摩擦接触问题。首次发明并提出“嵌入式子域法”,在理论上、实践上有所突破,为完成攻关任务起了关键作用。

与此同时,我还承接了湖南五强溪水电站溢流坝弧形钢闸门的结构设计计算与分析任务。这是当时全世界最大的弧形钢闸门,单扇门承受的水压力竟达5000吨之巨。我们运用空间组合结构有限元法计算巨形弧形钢闸门(这在我国属首次),很好地完成了课题任务。

在完成课题任务的同时,我在《固体力学学报》(中文版、英文版)及其他刊物以及国际计算力学学术会议、中日边界元法国际学术会议上发表了多篇论文。

在美国威斯康星大学(麦迪逊)工程力学系学习时,导师给的第一个课题是“高强度粘接成层复合梁应力和变形的三维分析”课题,课题已抽象为理论问题,既未说明课题来源也未说明用途。但要求极高,要先研究和推导出严密的数学力学理论公式,再编程序上机计算与分析。该课题理论深、难度大、要求严。经过紧张艰苦的努力,我通过能量法最小余能原理和变分法,推导出全部严谨的公式并编程上机,较理想地完成了课题任务。接着我再接再励要求给新的研究课题。第二个课题是“正交各向异性板高强度粘接的应力分析”。完成任务后,再研究的第三个课题是“正交各向异性材料高强度粘接在温度荷载和外力荷载共同作用下的应力分析”。同样都是无来源无用途。但严格要求与第一个课题相同。其难度在于要考虑极薄的粘接层是各向同性而被粘接材料是各向异性,同时要考虑高温变化。当第三个课题完成时,距离上飞机回国只剩5天了。

到了美国我哪里都没去游览,抢时间埋头学习和科研。当时计算工作都是在大型计算机终端上进行,学校规定用终端机,早上8时至下午40.8美元/小时,下午4时至半夜120.4美元/小时,半夜12时至第二天凌晨80.2美元/小时。为了节省经费,也为了赶任务,半夜时间终端室内大部分是中国留学生。当深夜或凌晨骑车或步行回住所时,行进在空旷的大街上,呼吸着校园清新潮湿的空气,沐浴着湖面吹来的晨雾,既充满着为学术而努力工作的激情,也有些感到在异国他乡孤独奋斗的悲壮。

这三个课题的成果都是严格数学力学理论推导与计算机计算结合,能量法运用与实践结合,各向异性材料与各向同性材料分析结合,在理论上有所突破。当把全部成果整理好交给导师时,他很满意,请我到一个法国餐馆吃饭。席间我问他这些课题的来源和用途时,他只简单地说来源于军事项目,用于航空和航天。虽然并未点出更具体讯息,但我体会到,在航空航天领域复合材料的大量应用,其连接是个关键问题,理论分析需要有突破性的进展。这些课题已进入尖端领域某些学科的前沿,其成果已达到当时的世界领先水平。后来,有关学术论文分别刊登在美国权威刊物《工程力学》、中国《固体力学学报》(中文版、英文版),并在国际计算力学会议、国际应用力学会议上发表。在科学上要迎难而上,敢于进取,迎接挑战,在完成任务后我会深切感受到科技力量的实在和伟大。

在科学技术工作中,我也承接过大量国内实际工程的研究和技术指导课题。这些课题的科技含量可能没有前面所介绍大课题的高,但却是科技抵近工程建设前沿,发挥作用的大好机会,对建设成败立竿见影。特别是遇到工程突发事件时,科技与个人都将面临考验。当处理得当,化验为夷时就会直接具体地感受到并由衷地感叹科技的伟大力量。

上世纪90年代末,一次清晨我被电话突然叫醒:“蒋教授,在建××大楼地下室半夜突然进水,堵不住,请你来指导一下。”这是一栋××饭店的在建楼,基础采用了先进的“地下连续墙逆作法”,我既不是设计方也不是施工方,也不是专业课教师,但情况紧急,既然找了我,我就要迎难而上。当我赶到现场时,地下水已大量渗进地下室,起重机已经倾斜正在拆卸,人行道已塌陷,电线杆已倾斜,幸好煤气管道、自来水管、地下电缆未断,马路路面尚未塌陷,否则后果不堪设想,必须抢时间。现场指挥员已感到十分困难,把手机递给我:“蒋教授你来指挥吧!”当时我做了三个判断并建议采取相应措施:第一,这可能是每6m一段的地下连续墙之间接缝的结构和施工缺陷造成地下水由此渗透。第二,地下室外围,人行道上堆土过高,地面压重挤压地下水渗透,应及时清运。第三,应在地下连续墙外临街面的一侧用“水玻璃”进行压力灌浆固结土壤形成帷幕,阻挡地下水往地下室渗透。采取第二、第三点措施后当天晚上9点渗水止住,第二天逐步恢复生产。事后我又组织在东南大学指导的博士生及青年教师进行现场振动试验,相应参数和理论分析证明第一点的判断正确并提出改进建议。相关成果也发表在学术刊物上。

上世纪90年代末我还承担过江苏××大厦(地上22层、地下2层)的深基础安全监测工作。临近除夕时,埋设的仪器监测资料发现深挖的基坑两侧土壤开始向坑内倾斜,垮塌在即。如果垮塌,原状土破坏,此处若干年内再不宜建楼,大厦建设将面临彻底失败的可能。除通知停工外,我们分析原因是支撑钢架构件计算有误,将空间受力误为平面受力;挡土的混凝土管柱桩配筋错误,整个支挡力量不足。我还紧急提出采取临时措施的具体建议以稳定基坑。这时民工、工作人员都急着回家过年。我们编制程序将每天测试的数据进行计算机处理并列表、绘图,观测基坑位移和稳定性。直到除夕前一天下午6时观测资料表明基坑变位经采取措施后已稳定。这时我让其他教师和博士生回家过年,因为他们有的将小孩锁在家里出来工作,有的持晚上8点的车票要回乡。我一人踏着冰雪步行到了三里外的工地送资料和报告。第一句话是“你们可以回家过年了”。就在这时我真切地感受到科技竟然是如此有力地保障着经济建设和关联着人们的现实生活。第二天就是年三十了,当人们兴高采烈地回家过年时,我由衷地感慨:这就是科技的力量啊!它竟然决定人们的过年呢。我自己则是正月初四就上班了,接待大厦基建负责人来访,我对设计与施工的修改方案提出了建议并被采纳,尽管我同样既不是设计方也不是施工方。

回顾人生,我们这一代人是矛盾的一代,是处于不幸与幸运交织的一代。我们1953年上大学后,平均是每两年一次政治运动直至十年“文革”浩劫。十一届三中全会后,改革开放给了知识分子第二个春天,可是已经浪费了多少时间、精力与人生啊。但是我们又是幸运的,我们享受着社会主义社会的优越性。我是在福三中和大学里的助学金和奖学金的资助下完成学业的,有了点进步,而且我们的人生后半截终于赶上了改革开放的好时代,迸发出了一点能量,做出了一些成绩。所以我常想对学弟学妹们说:你们生活在好时代,千万要热爱祖国、珍惜现在、展望未来,不要浪费时间、虚度年华。投身到激情灿烂的时代,奋斗吧!

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