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学术成就

发布时间:2021-08-26

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  一、爆炸力学的奠基性贡献

  郑哲敏在科研生涯的最早期主要从事热弹性力学和水弹性力学的研究。回国后,根据国家的需要从事地震响应、水轮机叶型等方面的研究工作。因为国家科研布局的调整,在相关研究方向转移到其他研究机构后,郑哲敏建议了高速高压塑性动力学方向,并在很短时间内在爆炸成形方面,取得了完整、深入的研究成果,从而促进了爆炸力学学科的诞生,拉开了爆炸力学研究的序幕。郑哲敏在爆炸力学方面的主要贡献包括:

  1.提出流体弹塑性体模型,促进形成完备的爆炸力学学科体系

  对于变形体力学系统来说,一个学科的形成是以可靠本构关系的建立为标志的。郑哲敏等人独立地与国外同时提出了一种新的力学模型——流体弹塑性体模型。这一模型能够满意地表征介质在流体性质和固体性质之间的紧密耦合及其运动在时间和空间上的连续变化的天然特征,可统一处理从高压气体(几百万大气压)到低压固体的爆炸与高速冲击问题,他们应用这个模型对地下核试验的当量预报做出了贡献。这一理论是强动载荷力学效应领域标志性的进展,已成为爆炸与冲击动力学的基石,被广泛应用于地下核爆炸,坦克与反坦克武器,空间反导以及钻地核爆弹等重要军事应用。

  2.建立爆炸力学的基本研究方法,为武器设计与武器效应评估提供崭新的力学基础

  郑哲敏院士及其领导的集体针对常规武器中最重要的穿破甲问题,得到了穿甲相似律和比国际流行的Tate公式更为有效的穿甲模型;对于破甲问题,他建立了描述金属装甲破甲机理的流体弹塑性体模型和破甲相似律,阐明了破甲机理,指出金属材料的惯性和强度起决定作用,而可压缩性和相变影响可被忽略,建立了比国际公认的Eichelberger公式更符合实际的侵彻深度计算公式。这些工作为相关武器的设计提供了新的工具,更加重要的是建立了爆炸力学研究的基本范式。

  3.开辟了爆炸成形、爆炸筑堤等关键技术领域,解决重大工程建设的核心难题

  在爆炸成形方面,发展了水下爆炸及其与结构相互作用的理论,阐明了爆炸成形机制。在此基础上,他与研究集体提出了模型试验所应依据的几何相似律以及能量准则;发明了分块拼装的惯性模等系列新工艺新方法,解决了导弹上天关键的制造与加工问题。相类似的,他与研究集体针对我国大量存在的海岸软基处理难题,取得了爆炸排淤填实法、爆炸夯实法、爆炸挤淤泥法等系列爆炸处理水下软基新技术,该技术费用低、适用广、效率高,已在海军1664工程防波堤、连云港西大堤、深圳滨海大道围堤等重大工程建设,取得巨大的经济和社会效益。此方面的工作,使得“爆炸”成为一种能够精确掌控的“建设”手段,是爆炸力学在重大工程中应用的典范。

  此外,郑哲敏在“瓦斯突出”机理研究中,利用量纲分析和量级估算,在对我国煤矿“瓦斯突出”事件进行定量分析的基础上得出结论,认为“瓦斯突出”的动力来源于煤层瓦斯中含有的机械能。

  1986年在北京举行的国际强动载荷及其效应学术会议上,郑哲敏做了《流体弹塑性动力学若干问题》的大会特邀报告;同时,郑哲敏领导的研究集体在分会上报告了16篇论文,内容覆盖了穿甲与侵彻,爆炸焊接,爆炸成形,高应变率下的材料力学性能等问题,全面展示了他们在爆炸力学方面的研究成果。

  因为郑哲敏在爆炸力学方面的贡献,他获得了一系列重要的科技奖励,包括:“流体弹塑性模型及其在核爆炸与穿破甲方面的应用”,国家自然科学奖二等奖(1982年);“爆炸处理水下软基”,国家科技进步奖二等奖(1990年);“热塑性剪切带”,国家自然科学奖二等奖(1994年,第二名);“爆炸成形模型律与成型机制”,国家“新产品、新技术、新材料、新工艺”奖(1964年);“金属板爆炸复合的理论与应用”,亚博yabo888vip网页版登录自然科学奖一等奖(1989年);“连云港爆炸处理水下软基”,亚博yabo888vip网页版登录科技进步奖一等奖(1988年);“聚能射流和侵彻机理的研究”,全国科学大会奖(1978年);陈嘉庚技术科学奖(1994年);何梁何利基金科学与技术进步奖(1996年);防护工程杰出成就奖(2008年)等。

  二、中国力学学科建设与发展的组织者和领导者

  郑哲敏作为享誉国内外的力学家和长期担任中国力学相关组织与学术机构的主要负责人,参与和主持制定了一系列重要力学学科及相关科学规划。

  早在1956年,郑哲敏就作为钱学森助手参加了12年科学技术发展远景规划中全国力学学科规划的制订。1977年至1999年的20余年间,郑哲敏一直是我国力学学科发展规划的主要领导者和制定者之一。

  郑哲敏在总体把握我国力学学科发展方向的同时,积极倡导、组织和参与诸如热弹性力学、水弹性力学、材料力学行为、环境力学、海洋工程、灾害力学、非线性力学等多个力学分支学科或领域的建立和发展。

  其中,在材料力学性能的研究方面,郑哲敏倡导以钱学森“物理力学”的学术思想开展材料力学性能研究,强调宏观、细观、微观相结合,实验、计算、分析相结合,力学与材料科学相结合。1979年,郑哲敏担任力学所材料力学性能研究室第一任主任。1982年,郑哲敏发表了《连续介质力学与断裂》的论文,指出在断裂分析中存在一个被忽视的长度量并提出尺度效应必须包括到断裂理论中。在郑哲敏的带领和指导下,力学所在材料力学性能研究方面取得了12项国家和中科院的科技成果奖。其中有郑哲敏参与完成的“热塑剪切带”研究,该成果获得了1992年度中科院自然科学一等奖和1993年度国家自然科学二等奖。自上世纪90年代中期开始,年逾古稀的郑哲敏又投身于“压痕硬度表征材料力学性质”的研究中。郑哲敏与合作者所提出的标度关系及其确定硬度和弹性模量的新方法在国际上被广泛引用,并被称为C-C方法。这一方法也被中国国家标准(仪器化纳米压入试验方法通则,GB/T 22458‐2008)作为重要的参考方法。

  在非线性力学发展方面,在郑哲敏领导下,力学所非线性连续介质力学开放研究实验室(LNM)于1988年6月成立,郑哲敏任LNM第一任室主任至1993年。1993年,郑哲敏在《亚博yabo888vip网页版登录院刊》以“非线性连续介质力学”为题撰文[11]指出并奠定了实验室的主要研究方向:(1)材料的力学性质,特别强调了宏微观手段与方法的结合。(2)经典流体力学中的波、涡、分离流与湍流。(3)有关环境力学的若干基础的流体力学问题。LNM于1999年10月被科技部批准建设国家重点实验室,2001年4月通过验收。

  在海洋工程力学方面,郑哲敏不仅在力学所开创了海洋工程力学的科研方向,而且强调发挥亚博yabo888vip网页版登录多学科的综合优势,同兄弟院所进行密切的合作,针对我国海洋石油开发的需求进行了深入的亚博vip全站最新网站。1986年,亚博yabo888vip网页版登录批准成立“亚博yabo888vip网页版登录海洋工程科学技术研究中心”,并任命郑哲敏为主任。海洋工程科学技术研究中心先后承担了多项国家科委攻关项目和国家自然科学基金重大项目。完成了数十项中国海洋石油总公司委托的科研和工程开发项目,为多个海区的海底油气开采创造了条件。作为首席科学家,郑哲敏主持了科学院“七五”、“八五”、“九五”重大项目。他带领和指导的科技队伍在海洋工程研究中获得了多项国家、亚博yabo888vip网页版登录和国家部委的科技奖,其中包括国家科技进步三等奖一项、中科院科技进步一等奖一项、中科院科技进步二等奖三项等。1999年5月,郑哲敏与中国海洋石油总公司副总工程师曾恒一院士联合促成了亚博yabo888vip网页版登录与中国海洋石油总公司 ‘十五’科技合作。在油、气、水分离的理论和应用新技术方面,在海洋平台动力响应的监测和规律分析方面等,已经取得了重要的新成果。

  由于郑哲敏院士在力学领域的杰出学术成就,他在国际力学界享有崇高的声誉和相当的影响力。1986年,郑哲敏被推选为国际力学界的最高学术组织国际理论与应用力学联合会(IUTAM)的理事;2004年当选为IUTAM八位执委之一。郑哲敏十分重视国际学术交流,郑哲敏数十次参加多种类型的国际学术访问和交流,特别是作为大会主席多次组织重要国际学术会议,包括首届国际强动载荷及其效应学术会议,北京国际爆破技术学术会议,第二届国际强动载荷及其效应学术会议,ICSU/WMO国际热带气旋灾害研讨会,第二届国际工程爆破技术学术会议,第二届国际冲击工程学术会议等。

  郑哲敏为中国近代力学学科的建立与发展、促进中国力学界与国际力学界的交融和中国力学国际学术地位的提升等做出重要贡献,引领了中国力学的发展。

  三、学术思想与人格魅力

  郑哲敏的科学经历,是对钱学森工程科学思想的实践与发展。他“只做雪中送炭,不做锦上添花的工作”。他从来都是以国家重大的、急迫的需求为选题方向,以深入的科学规律认识和系统的实践检验为标准,做“爬坡的工作”、“出汗的工作”。郑哲敏的科学思想和科研价值观体现了对国家的高度责任感和对人民的满腔热忱。

  郑哲敏全面的科学成就,体现了他深邃的智慧与博大精深。郑哲敏作为爆炸力学的奠基人之一,在促进形成爆炸力学基本理论体系的同时,为国家安全和国民经济的多个领域做出了开创性的贡献。与此同时,他在热弹性力学、流固耦合力学、材料力学性能、流体力学、海洋工程等多个方面都获得了公认的成就。

  郑哲敏治学严谨,强调实践-理论-实践的亚博vip全站最新网站方法,善于从重大工程中提炼科学问题,善于从新的理论和机制入手解决重大工程中的难题。郑哲敏强调实验和现场数据的应用,强调发展新的计算手段和方法,强调以工程中科学规律的总结来丰富力学学科的研究内涵。郑哲敏从事亚博vip全站最新网站的方法具有重要的现实意义。

  郑哲敏具有很强的党性修养和党员意识。他讲政治、讲正气、讲大局,自觉维护党的形象和国家尊严。每当国家遇到重大灾害时,他都第一时间慷慨解囊,汶川地震时,远在国外的他,通过家人一次性捐出特殊党费一万元,表现出高度的社会责任感。虽然是三院院士,已到耄耋之年,但他从来不自居特殊,认真参加党组织活动,把亲身体验告诉年轻人。他的自觉行动感动了、带动了身边的人,连续多年被评为力学所优秀共产党员。2011年,郑哲敏被评为中央国家机关优秀共产党员、亚博yabo888vip网页版登录优秀共产党员。

  米寿之后的郑哲敏,仍然活跃在科研一线。在郑哲敏位于力学所主楼三层的办公室,每天都能看见他忙碌的身影,睿智的笑脸。他对待高级研究人员,依旧那么严厉;他对待青年学生,总是那么和蔼可亲;他对待老朋友,还是那么真诚热情。他思考的依旧是国家重大工程中出现的问题和困难,他的办公桌上不时会有他亲自推导出的公式。

(责任编辑:侯茜)

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