郑哲敏
理事、大会委员会委员。
1993年因在爆炸力学方面的贡献,被选为美国国家工程科学院外籍院士。
爆炸力学是在60年代初由我国力学界前辈钱学森、郭永怀命名倡导的一门具有重要应用背景的力学分支学科。从那时起,30年来郑哲敏在研究解决爆炸加工、爆破、核爆炸、穿破甲、爆破安全、高速运动的稳定性以及材料的动态力学性质等应用问题中,对创建和发展这门学科作出了贡献。
1958年,中国科学院的知识分子“下楼出院”,奔赴生产第一线。郑哲敏知道我国缺少万吨水压机,很想用简便的爆炸方法来代替,便下到汽车厂、锅炉厂研究爆炸成形新工艺。但那时革命浪漫有余,求实精神不足,一年时间过去,一个产品也没有做出来,工厂的态度发生180°的转变。郑哲敏清楚地意识到在生产应用之前,必须先做科学研究,于是回所组织实验室研究寻找规律。他对爆炸问题作了初步力学分析,分解出带基础性的爆炸载荷、金属材料性质和带综合性的成形规律三个问题,组织三个研究组展开研究,同时还组织爆炸实验手段如计时仪、测压仪等的研制。通过对金属板的变形过程的实际测量,肯定了板料经历过两次加速。郑哲敏提出了水下爆炸空化理论来解释板材的两次加载和加速的现象,形成了爆炸成形机理的核心内容。在此基础上,他提出了模型试验所应依据的几何相似律以及能量准则,并为工厂设计了一整套确定成形工艺参数和条件的试验方法。他与有关产业部门密切合作,应用上述理论和方法,生产出高精度的导弹零部件,对我国导弹上天作出了贡献。为生产大型零件,必须铸造大型爆炸成形模具,这在技术上和实际施工上都是个难题,他巧妙地发明了分块拼装的惯性模。上述成果一直没有公开发表,直到1981年,英国皇家学会会员B.克罗斯兰德(Crossland)访华听了郑哲敏的报告,不胜赞叹,并说现在发表,仍然很有价值。1964年,郑哲敏接受并完成了空中核爆炸冲击波压力标定的任务。当他了解到国家正在积极准备地下核试验时,他急国家所急,主动考虑如何统一描写核爆炸波的衰变与空腔运动规律。经过调研和分析,他认为当时国外把全场分为内部流体区和外部固体区的分区模型存在人为不连续的缺点。1965年,他和解伯民向上级部门提交了“关於地下核爆炸计算模型的一个建议”,其中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体现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。在此后的两年中,他们应用这个模型对地下核试验的当量预报作出了贡献。几乎在同时,美国也独立地提出了这个模型,然而他们却在我们搞文化大革命的时候不仅在核爆炸,而且在超高速碰撞以及穿破甲等领域都赶上和大大超过了我们。
早在60年代初,郑哲敏就曾提出过用室内小型枪击试验可以代替实弹靶场考核的建议,并且准备研究将流体弹塑性模型应用到穿破甲机理研究中去,以改进我国兵器的落后面貌。1971年,他从干校回研究所后,主动联系兵工部门,建立合作关系,继续指导他的集体完成了杆式弹穿甲相似律研究,并且提出了杆式弹的穿甲模型,这个模型抓住了弹头在孔底边进边碎的特点,引入碎渣作为弹靶作用的中间过渡体,从而改进了国际流行的Tate公式。他全面而又完满地解决了破甲相似律、破甲弹金属射流失稳拉断机理、射流侵彻金属装甲和非金属装甲的机理等一系列问题。他分析了记录破甲弹射流的变形、颈缩和断裂的X光相片。在1977年发表的论文中,巧妙地采用量纲分析和解析方法给出了射流失稳断裂的计算公式,证明了射流高速段的失稳是空气动力作用的结果,而低速段的失稳则和射流材料的强度性质有关。国际上同一年也发表了射流失稳的文章,但只讨论了低速段,而证明手段用的是数值方法。1975至1977年,他建立了一个描述金属装甲破甲机理的流体弹塑性体模型,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。据此理论,他提出了一个比流行的Eichelberger公式更符合实际的计算侵彻速度的公式。1981年,他的集体又在记录纤维增强复合材料的侵彻过程的X光照片上,发现孔底附近孔壁发生回缩的重要现象。他们分析判断材料发生了热裂解,于是进一步组织专门实验和理论分析,建立了流体弹塑性加热裂解的侵彻模型。上述工作有力地指导了兵工部门的研制和设计工作。
郑哲敏十分关心爆炸事故和灾害对人民生命和财产所造成的损害,从80年代初期,他便开始组织气相燃烧和爆炸、粉尘燃烧和爆炸的研究,接着又组织煤和瓦斯突出、森林火灾的发生和防治等课题的研究。煤和瓦斯突出这类事故在我国煤矿中频繁发生,严重威胁着工人的生命安全和煤炭生产。由於现象复杂,世界上主要产煤国家长期研究其发生机制而得不到解决。郑哲敏出于对劳动人民的真挚感情,决心攻克这个难关。他在1982年的中国力学学会第二届理事会上发表了《从数量级和量纲分析看瓦斯突出的机理》一文,对我国历年发生的大型突出事故从力学角度作了分析和估算,认为突出的主要能量来源於煤层中的瓦斯,而地压只是触发煤层破坏的条件。他指导的集体在1987至1989年连续发表文章,从室内模拟和理论分析两方面不断展开他的想法。他们的室内实验证明了,在一定条件下会发生恒速推进的自持突出;同时还建立了关於两相介质的渗流破坏的简化模型,定性地揭示了突出的主要过程和特征,并且为一个重要的实用突出判据提供了理论说明。
郑哲敏对於爆炸和冲击过程中出现的失稳现象特别有兴趣。除了前面提到过的高速射流的拉断失稳问题外,在高速变形固体材料内部发生的绝热剪切以及两块金属在爆炸复合时产生的波状界面现象等稳定性问题上,他都作过深入的研究。在这些工作中,他总是立足于收集和分析实验数据和资料,除了宏观现象以外,还深入考察金相微观现象,从中选择主要参数,分析彼此间的因果关联,然后再提出理论模型。
从上述工作中,不难看出郑哲敏坚持贯彻学以致用以及理论与实践一致的原则,他始终着眼於具有重要实际意义的课题,他常说:科学研究不应满足于写几篇论文,他的大多数工作都要做到能为工程界接受和使用的程度,从而得到工程师的承认。他不仅拥有固体力学和流体力学的深厚功底,而且具有敏锐的力学洞察力,在复杂的实际问题面前,他能很快抓住关键的力学问题。他强调实验观测,特别注意观察自己的实验结果,从中发现主要特征,建立理论模型。在他的集体中,往往在研究的第一步就需要研制观测仪器,而且最先得到的科研成果并不属於问题本身,而是一种新仪器。他是量纲分析的专家,在爆炸力学中提出了很多现象的相似律。在理论分析方面,他强调宏观和微观结合的方法,并且善於提出简单而实用的模型和理论。他的科学实践很好地体现了近代应用力学学派的风格。
郑哲敏在爆炸力学学科的发展方面作出了广泛的贡献,它们是:
(1)在声学理论方面,有薄板在水下爆炸击波作用下的变形理论;
(2)在爆炸后期效应方面,有高速射流的准定常侵彻理论、爆炸成形后期的第二次加载理论以及爆破的鼓包运动理论等;
(3)提出了反映爆炸和冲击问题中的高速、高压和高温特征以及惯性与强度相互耦合效应的流体弹塑性体模型和多种应用理论;
(4)提出了多种爆炸和冲击的相似律;
(5)提出了多种耦合运动的理论,包括两种物体的耦合运动以及同一物体中流体性质和固体性质相互影响的耦合效应的理论;
(6)在稳定性问题方面,有射流拉断、界面波、绝热剪切等理论。
郑哲敏在他进行科学研究的同时,注意推动爆炸力学在国内的发展和人才培养的工作。他团结和组织了国内的同行,组织起了爆炸力学专业委员会,办起了《爆炸与冲击》杂志,定期召开了全国性和国际性的学术会议。他在中国科技大学创办的爆炸力学专业已为国家培养了一批批的从事爆炸工作的人才。
1956年,我国制订了12年科学技术发展远景规划。郑哲敏以年轻专家助手的身份参加钱学森主持的第一次全国力学规划的制订工作。
1977年,郑哲敏主持制订了中国科学院的力学发展规划。1
1993年因在爆炸力学方面的贡献,被选为美国国家工程科学院外籍院士。
创建和发展爆炸力学
爆炸力学是在60年代初由我国力学界前辈钱学森、郭永怀命名倡导的一门具有重要应用背景的力学分支学科。从那时起,30年来郑哲敏在研究解决爆炸加工、爆破、核爆炸、穿破甲、爆破安全、高速运动的稳定性以及材料的动态力学性质等应用问题中,对创建和发展这门学科作出了贡献。1958年,中国科学院的知识分子“下楼出院”,奔赴生产第一线。郑哲敏知道我国缺少万吨水压机,很想用简便的爆炸方法来代替,便下到汽车厂、锅炉厂研究爆炸成形新工艺。但那时革命浪漫有余,求实精神不足,一年时间过去,一个产品也没有做出来,工厂的态度发生180°的转变。郑哲敏清楚地意识到在生产应用之前,必须先做科学研究,于是回所组织实验室研究寻找规律。他对爆炸问题作了初步力学分析,分解出带基础性的爆炸载荷、金属材料性质和带综合性的成形规律三个问题,组织三个研究组展开研究,同时还组织爆炸实验手段如计时仪、测压仪等的研制。通过对金属板的变形过程的实际测量,肯定了板料经历过两次加速。郑哲敏提出了水下爆炸空化理论来解释板材的两次加载和加速的现象,形成了爆炸成形机理的核心内容。在此基础上,他提出了模型试验所应依据的几何相似律以及能量准则,并为工厂设计了一整套确定成形工艺参数和条件的试验方法。他与有关产业部门密切合作,应用上述理论和方法,生产出高精度的导弹零部件,对我国导弹上天作出了贡献。为生产大型零件,必须铸造大型爆炸成形模具,这在技术上和实际施工上都是个难题,他巧妙地发明了分块拼装的惯性模。上述成果一直没有公开发表,直到1981年,英国皇家学会会员B.克罗斯兰德(Crossland)访华听了郑哲敏的报告,不胜赞叹,并说现在发表,仍然很有价值。1964年,郑哲敏接受并完成了空中核爆炸冲击波压力标定的任务。当他了解到国家正在积极准备地下核试验时,他急国家所急,主动考虑如何统一描写核爆炸波的衰变与空腔运动规律。经过调研和分析,他认为当时国外把全场分为内部流体区和外部固体区的分区模型存在人为不连续的缺点。1965年,他和解伯民向上级部门提交了“关於地下核爆炸计算模型的一个建议”,其中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体现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。在此后的两年中,他们应用这个模型对地下核试验的当量预报作出了贡献。几乎在同时,美国也独立地提出了这个模型,然而他们却在我们搞文化大革命的时候不仅在核爆炸,而且在超高速碰撞以及穿破甲等领域都赶上和大大超过了我们。
早在60年代初,郑哲敏就曾提出过用室内小型枪击试验可以代替实弹靶场考核的建议,并且准备研究将流体弹塑性模型应用到穿破甲机理研究中去,以改进我国兵器的落后面貌。1971年,他从干校回研究所后,主动联系兵工部门,建立合作关系,继续指导他的集体完成了杆式弹穿甲相似律研究,并且提出了杆式弹的穿甲模型,这个模型抓住了弹头在孔底边进边碎的特点,引入碎渣作为弹靶作用的中间过渡体,从而改进了国际流行的Tate公式。他全面而又完满地解决了破甲相似律、破甲弹金属射流失稳拉断机理、射流侵彻金属装甲和非金属装甲的机理等一系列问题。他分析了记录破甲弹射流的变形、颈缩和断裂的X光相片。在1977年发表的论文中,巧妙地采用量纲分析和解析方法给出了射流失稳断裂的计算公式,证明了射流高速段的失稳是空气动力作用的结果,而低速段的失稳则和射流材料的强度性质有关。国际上同一年也发表了射流失稳的文章,但只讨论了低速段,而证明手段用的是数值方法。1975至1977年,他建立了一个描述金属装甲破甲机理的流体弹塑性体模型,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。据此理论,他提出了一个比流行的Eichelberger公式更符合实际的计算侵彻速度的公式。1981年,他的集体又在记录纤维增强复合材料的侵彻过程的X光照片上,发现孔底附近孔壁发生回缩的重要现象。他们分析判断材料发生了热裂解,于是进一步组织专门实验和理论分析,建立了流体弹塑性加热裂解的侵彻模型。上述工作有力地指导了兵工部门的研制和设计工作。
郑哲敏十分关心爆炸事故和灾害对人民生命和财产所造成的损害,从80年代初期,他便开始组织气相燃烧和爆炸、粉尘燃烧和爆炸的研究,接着又组织煤和瓦斯突出、森林火灾的发生和防治等课题的研究。煤和瓦斯突出这类事故在我国煤矿中频繁发生,严重威胁着工人的生命安全和煤炭生产。由於现象复杂,世界上主要产煤国家长期研究其发生机制而得不到解决。郑哲敏出于对劳动人民的真挚感情,决心攻克这个难关。他在1982年的中国力学学会第二届理事会上发表了《从数量级和量纲分析看瓦斯突出的机理》一文,对我国历年发生的大型突出事故从力学角度作了分析和估算,认为突出的主要能量来源於煤层中的瓦斯,而地压只是触发煤层破坏的条件。他指导的集体在1987至1989年连续发表文章,从室内模拟和理论分析两方面不断展开他的想法。他们的室内实验证明了,在一定条件下会发生恒速推进的自持突出;同时还建立了关於两相介质的渗流破坏的简化模型,定性地揭示了突出的主要过程和特征,并且为一个重要的实用突出判据提供了理论说明。
郑哲敏对於爆炸和冲击过程中出现的失稳现象特别有兴趣。除了前面提到过的高速射流的拉断失稳问题外,在高速变形固体材料内部发生的绝热剪切以及两块金属在爆炸复合时产生的波状界面现象等稳定性问题上,他都作过深入的研究。在这些工作中,他总是立足于收集和分析实验数据和资料,除了宏观现象以外,还深入考察金相微观现象,从中选择主要参数,分析彼此间的因果关联,然后再提出理论模型。
从上述工作中,不难看出郑哲敏坚持贯彻学以致用以及理论与实践一致的原则,他始终着眼於具有重要实际意义的课题,他常说:科学研究不应满足于写几篇论文,他的大多数工作都要做到能为工程界接受和使用的程度,从而得到工程师的承认。他不仅拥有固体力学和流体力学的深厚功底,而且具有敏锐的力学洞察力,在复杂的实际问题面前,他能很快抓住关键的力学问题。他强调实验观测,特别注意观察自己的实验结果,从中发现主要特征,建立理论模型。在他的集体中,往往在研究的第一步就需要研制观测仪器,而且最先得到的科研成果并不属於问题本身,而是一种新仪器。他是量纲分析的专家,在爆炸力学中提出了很多现象的相似律。在理论分析方面,他强调宏观和微观结合的方法,并且善於提出简单而实用的模型和理论。他的科学实践很好地体现了近代应用力学学派的风格。
郑哲敏在爆炸力学学科的发展方面作出了广泛的贡献,它们是:
(1)在声学理论方面,有薄板在水下爆炸击波作用下的变形理论;
(2)在爆炸后期效应方面,有高速射流的准定常侵彻理论、爆炸成形后期的第二次加载理论以及爆破的鼓包运动理论等;
(3)提出了反映爆炸和冲击问题中的高速、高压和高温特征以及惯性与强度相互耦合效应的流体弹塑性体模型和多种应用理论;
(4)提出了多种爆炸和冲击的相似律;
(5)提出了多种耦合运动的理论,包括两种物体的耦合运动以及同一物体中流体性质和固体性质相互影响的耦合效应的理论;
(6)在稳定性问题方面,有射流拉断、界面波、绝热剪切等理论。
郑哲敏在他进行科学研究的同时,注意推动爆炸力学在国内的发展和人才培养的工作。他团结和组织了国内的同行,组织起了爆炸力学专业委员会,办起了《爆炸与冲击》杂志,定期召开了全国性和国际性的学术会议。他在中国科技大学创办的爆炸力学专业已为国家培养了一批批的从事爆炸工作的人才。
组织制订全国力学规划
1956年,我国制订了12年科学技术发展远景规划。郑哲敏以年轻专家助手的身份参加钱学森主持的第一次全国力学规划的制订工作。 1977年,郑哲敏主持制订了中国科学院的力学发展规划。1