黃筑平 余同希

?(北京大學(xué)，北京100080)

?(香港科技大學(xué)，中國香港)

王仁先生是著名的力學(xué)家、地球動(dòng)力學(xué)家、教育家，他為我國塑性力學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)的發(fā)展做出了奠基性和開拓性的貢獻(xiàn)，是我國將力學(xué)與地質(zhì)學(xué)和固體地球物理學(xué)相結(jié)合的先驅(qū)者。

王仁先生的科學(xué)研究涉及塑性力學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域。在這兩個(gè)領(lǐng)域里，他都作出了非常突出的貢獻(xiàn)。除了科學(xué)研究外，王仁先生為我國力學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)的學(xué)科建設(shè)也付出了大量的心血，為培養(yǎng)我國塑性力學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)方面的專業(yè)人才作出了重要貢獻(xiàn)。

1 王仁先生為我國塑性力學(xué)發(fā)展所作的貢獻(xiàn)

20世紀(jì)50年代初，國內(nèi)學(xué)術(shù)界和教育界對(duì)塑性力學(xué)還是非常陌生的，王仁先生是最早把塑性力學(xué)和塑性動(dòng)力學(xué)引入國內(nèi)的學(xué)者之一，現(xiàn)在從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行介紹。

(1)他最早在我國開設(shè)了結(jié)構(gòu)的塑性分析和極限設(shè)計(jì)、塑性力學(xué)等一系列課程。此外，從1956年開始，他就率先為我國培養(yǎng)了一批塑性力學(xué)方面的研究生。早期培養(yǎng)的研究生有黃文彬，陳裕澤，黃筑平，王志良，余同希等。他們個(gè)個(gè)出類拔萃，都在各自的領(lǐng)域做出了杰出的貢獻(xiàn)。比如，王志良教授在美國把塑性力學(xué)引入到巖土力學(xué)中，并在工程實(shí)際中得到了很好的應(yīng)用。余同希教授已經(jīng)是很有影響力的國際知名學(xué)者。

(2)他組織翻譯了一批塑性力學(xué)方面的經(jīng)典著作，比如R.Hill的《塑性數(shù)學(xué)理論》(科學(xué)出版社)，H.Kolsky的《固體中的應(yīng)力波》(科學(xué)出版社)，如圖1。

圖1 王仁先生的譯作

(3)出版了一批塑性力學(xué)方面的著作和教材，如《塑性力學(xué)引論》(北京大學(xué)出版社，1982年)，《塑性力學(xué)基礎(chǔ)》(科學(xué)出版社，1982年)，《固體力學(xué)基礎(chǔ)》(地質(zhì)出版社，1979年)，《塑性力學(xué)引論》(修訂版)(北京大學(xué)出版社，1992年)等，如圖2。其中，1982年版的《塑性力學(xué)引論》獲1988年全國優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。圖2左下方的圖片是1992年版的《塑性力學(xué)引論》(修訂版)，該書于1996年獲北京大學(xué)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)。在1995年的《教學(xué)和教材研究》雜志上，對(duì)《塑性力學(xué)引論》(修訂版)的特點(diǎn)還進(jìn)行了專門的介紹(圖2右下圖片)。

圖2 王仁先生的著作

王仁先生教學(xué)和所著教材的特點(diǎn)是分散難點(diǎn)、由淺入深、循序漸進(jìn)、從特殊到一般，即通過大量的簡單實(shí)例歸納總結(jié)來逐步引進(jìn)塑性力學(xué)的新概念，再上升到更廣泛適用的理論高度。

(4)他多次組織全國性的塑性力學(xué)講習(xí)班和塑性力學(xué)教師進(jìn)修班。比如，1983年在北京建筑大學(xué)舉辦的塑性力學(xué)課程的系列講座，當(dāng)時(shí)包括力學(xué)所和清華大學(xué)的許多老師都去聽了這個(gè)講座。1985年初和1986年初，王仁先生在北京大學(xué)舉辦了全國塑性力學(xué)教師進(jìn)修班。這個(gè)班的影響也是非常大的。記得當(dāng)時(shí)剛過完春節(jié)，仍在寒假期間，沒有開學(xué)，很多塑性力學(xué)的教師骨干從全國各地冒著大雪趕來參加這個(gè)班。這對(duì)提高我國塑性力學(xué)教師隊(duì)伍的水平，起到了積極的作用。

(5)為了加強(qiáng)中國學(xué)者和國際同行的學(xué)術(shù)交流，提高中國力學(xué)在國際上的學(xué)術(shù)地位，王仁先生多次主持IUTAM國際學(xué)術(shù)研討會(huì)，如1991年首次在中國舉辦的IUTAM Symposium:Constitutive Relations for Finite Deformation of Polycrystalline Metals。為了辦好這次會(huì)議，他事先組織了三次全國性的塑性力學(xué)討論會(huì)，做了非常充分的準(zhǔn)備。圖3是王仁先生主編的會(huì)議論文集，當(dāng)時(shí)參加會(huì)議的都是國際上非常有影響力的學(xué)者，這次會(huì)議為我國力學(xué)的發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用。后來，王仁先生還主持過兩次IUTAM Symposium。作為中國首次入選的IUTAM執(zhí)行局委員，王仁先生還為我國爭取到了首次在亞洲舉辦的固體力學(xué)方面的IUTAM Summer School。為了實(shí)現(xiàn)王仁先生的遺愿，我們于2002年在北京大學(xué)成功地舉辦了這次暑期學(xué)校(報(bào)告人有以色列的Hashin，英國的Karihaloo，美國的Castaneda，日本的Hori，中國的黃克智，王自強(qiáng)，黃筑平)。

圖3

2 王仁先生在塑性力學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)成就

王仁先生學(xué)術(shù)研究的特點(diǎn)，一個(gè)是學(xué)風(fēng)很嚴(yán)謹(jǐn)。第二個(gè)是非常重視實(shí)驗(yàn)研究，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。例如學(xué)生李銘關(guān)于動(dòng)態(tài)加載裝置的研制；學(xué)生盧子興和劉宗德關(guān)于泡沫塑料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和升溫率對(duì)材料性能影響的實(shí)驗(yàn)研究。第三是重視把科研工作和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，與我國國防建設(shè)相結(jié)合。王仁先生多次到九院等國防部門尋找符合國家需求的力學(xué)課題。

王仁先生在塑性力學(xué)方面的研究成果很多。這里僅簡單介紹他在塑性力學(xué)滑移線理論中的相關(guān)工作?；?953年他本人的博士學(xué)位論文，王仁先生在滑移線理論方面發(fā)表了以下兩方面的研究成果：(1)給出了一個(gè)從半圓形缺口邊界出發(fā)的滑移線網(wǎng)的解析解。可用來檢驗(yàn)差分解的計(jì)算精度，表明15°的網(wǎng)格就能得到具有足夠精度的差分解。(2)分析了具有V形和半圓形缺口拉伸試件中塑性區(qū)隨缺口擴(kuò)展的演化過程。這是一個(gè)追蹤塑性區(qū)域改變的“非定常塑性流動(dòng)問題”，是滑移線理論中少數(shù)幾個(gè)大變形非定常運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確解之一，是用塑性力學(xué)方法分析試件中裂紋擴(kuò)展的早期工作。

3 王仁先生在塑性動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)成就

王仁先生在2001年應(yīng)邀在Appl.Mech.Rev.上發(fā)表了一篇綜述性論文“A retrospective on dynamic plasticity and dynamic plastic instability”，回顧了他早期(1950-1954)在布朗大學(xué)關(guān)于沖擊載荷下平板塑性動(dòng)力響應(yīng)方面的工作，以及他回國后在塑性動(dòng)力學(xué)方面，特別是在受軸向沖擊圓柱殼的塑性動(dòng)態(tài)屈曲方面的研究成果。這類問題在結(jié)構(gòu)耐撞性和能量吸收等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用背景。

基于Tresca屈服條件，王仁先生1954年將Hopkins和Prager關(guān)于沖擊載荷作用下簡支圓板的塑性動(dòng)力響應(yīng)工作推廣到固支圓板的情形。對(duì)于固支邊界條件的情形，求解難度大大增加，因?yàn)檫@需要給出兩個(gè)塑性鉸圓的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而需要聯(lián)立求解兩個(gè)非線性常微分方程。在當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)尚不發(fā)達(dá)的年代，王仁先生利用等傾線方法得到了真實(shí)解的上、下限。在小變形假設(shè)下，這是一個(gè)精度很高的結(jié)果。表明其響應(yīng)時(shí)間和最終撓度僅分別為簡支圓板的54%和56%。王仁先生的這一工作為有關(guān)固支圓板塑性動(dòng)力響應(yīng)的后繼研究打下了基礎(chǔ)。例如，可以進(jìn)一步考慮應(yīng)變率、大撓度、膜力、剪力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素對(duì)圓板變形的影響。這些工作在國防和國民經(jīng)濟(jì)許多部門都具有實(shí)際應(yīng)用背景。

International Journal of Impact Engineering的原主編，英國利物浦大學(xué)教授Norman Jones對(duì)王仁先生有一段評(píng)價(jià)，他說王仁先生在布朗大學(xué)的工作是classical contribution，很多其他人所做的工作都是從他的思想里發(fā)掘發(fā)展出來的，這是對(duì)他早期工作的評(píng)價(jià)。

王仁先生的另一個(gè)學(xué)術(shù)成就是在沖擊載荷下圓柱殼的塑性動(dòng)態(tài)屈曲方面。結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下發(fā)生塑性變形后導(dǎo)致的屈曲是一種破壞模式，這涉及到結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料物性關(guān)系的非線性，從而使問題的處理更為復(fù)雜，是固體力學(xué)的前沿研究課題之一。自1979年以來，在王仁先生指導(dǎo)下，他的學(xué)生楊青春開展了圓柱殼受軸向沖擊的塑性動(dòng)態(tài)屈曲問題實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)中等厚度鋁和碳鋼圓柱殼所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)沖擊速度達(dá)到或超過(第一)臨界速度(門檻速度)后，殼體將產(chǎn)生軸對(duì)稱的塑性屈曲，其屈曲模態(tài)是所有可能初始缺陷模態(tài)中發(fā)展最快的主導(dǎo)模態(tài)；而當(dāng)沖擊速度提高到臨界速度的一倍左右時(shí)，屈曲模態(tài)將變?yōu)榉菍?duì)稱的，這時(shí)的沖擊速度稱為“第二臨界速度”，其大小可以用“應(yīng)變率反轉(zhuǎn)”準(zhǔn)則進(jìn)行估算。這是首次提出的創(chuàng)新性成果。隨后，王仁先生研究小組又進(jìn)一步考慮了屈曲過程中軸向位移和徑向位移的耦合效應(yīng)，進(jìn)一步研究了內(nèi)部充滿液體的封閉圓柱殼和錐殼的塑性動(dòng)態(tài)屈曲問題。此外，還提出了修正的能量準(zhǔn)則，并據(jù)此給出了第二臨界速度的下限。在王仁先生關(guān)于塑性動(dòng)態(tài)屈曲工作的引導(dǎo)下，許多其他學(xué)者也相繼開展了相關(guān)的研究。例如，在對(duì)銅圓柱殼所進(jìn)行的沖擊實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)第二臨界速度大約為第一臨界速度的三倍。以上成果的實(shí)際意義還在于，在達(dá)到第二臨界速度之前，殼體內(nèi)部幾乎完好無損，而且軸向縮短也不會(huì)很大，這可能使設(shè)計(jì)的臨界速度提高一倍，從而可以大大節(jié)省所需的材料。王仁先生主持的科研項(xiàng)目“圓柱殼在軸向沖擊下塑性穩(wěn)定性的第二臨界速度研究”于1995年榮獲國家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

以上列舉的僅是王仁先生最重要的部分研究成果，他還有許多成果，如指導(dǎo)學(xué)生李銘關(guān)于動(dòng)態(tài)加載裝置的研制，發(fā)表在1994年的力學(xué)學(xué)報(bào)(英文版)上。除塑性力學(xué)外，王仁先生還和他的博士生盧子興、陳曉紅以及博士后戴蘭宏等開展了泡沫塑料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，高聚物材料黏彈性本構(gòu)關(guān)系以及復(fù)合材料等效性質(zhì)等方面的研究。他還對(duì)高聚物和高聚物復(fù)合材料的蠕變破壞問題進(jìn)行過相關(guān)的分析。以上研究所取得的成果就不在此贅述了。

4 結(jié)語

鄭哲敏院士對(duì)王仁先生的評(píng)價(jià)是：“還在王仁先生歸國之前，他在塑性動(dòng)力學(xué)方面出色的工作已經(jīng)為國際學(xué)術(shù)界所賞識(shí)。回國后，他不僅繼續(xù)從事這個(gè)領(lǐng)域的工作，發(fā)表了一系列重要的論文，而且通過教學(xué)活動(dòng)，為我國開辟和發(fā)展塑性力學(xué)和塑性動(dòng)力學(xué)整個(gè)領(lǐng)域做出了奠基和開拓性的貢獻(xiàn)。尤其可貴的是，在七十年代初期極為艱難的環(huán)境里，完全出自對(duì)祖國的責(zé)任感，王先生毅然突破自己所熟悉的領(lǐng)域走上力學(xué)與地學(xué)相結(jié)合的道路，在我國率先開辟了地球構(gòu)造動(dòng)力學(xué)這個(gè)新的領(lǐng)域?！ぁぁぁぁぁに诹W(xué)與地學(xué)相結(jié)合方面是我們力學(xué)界的先驅(qū)。他為我國創(chuàng)建地球構(gòu)造動(dòng)力學(xué)所作出的杰出貢獻(xiàn)會(huì)長久地留在人們的記憶中?！?/p>

王仁先生1921年出生，與黨同齡，今年正好是他一百年的誕辰。1955年他放棄國外優(yōu)厚的條件，懷著對(duì)祖國的一腔熱情，毅然回國投身到祖國的教育事業(yè)。我們紀(jì)念他的百年誕辰，就是要弘揚(yáng)他矢志報(bào)國、服務(wù)人民的家國情懷，傳承他堅(jiān)持真理、勇攀高峰的科學(xué)家精神，追隨他鑄魂育人、為國育才的教育家本色，學(xué)習(xí)他堅(jiān)忍不拔、謙和樂觀的高尚情操！