郭万林院士在江苏高校“开学第一课”上开讲!

发布时间:2023-09-26 访问量:1238

9月25日上午

“让青春与时代同行”2023年江苏高校

“开学第一课”正式开课

中国科学院院士、南航教授、江苏省力学学会郭万林

在第一篇章中分享了

在求学和科研过程中的心路历程

现转发全文如下:


        40年前,我第一次进大学时,我给自己定下的目标,就是“借张桌子,借张椅子,好好学习,毕业后成为一名为祖国建设添砖加瓦的工程师”。从牛顿时代的牛顿的力学到高等数学的微积分方程,到固体的四阶偏微方程、流体的二阶偏微方程、电磁的方程,统统地学了一遍。




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在进入研究生阶段后,我认识到我们不仅要保证飞机顺利起飞,如何让飞机飞得久飞得安全,也是至关重要的。直到现在,为何GE(通用电气)的、罗罗(罗尔斯-罗伊斯)的,包括各种大型航空公司的发动机不断地发生断裂事故?其原因就是因为我们所用的材料虽然具有强韧度,但本身也有一定的缺陷。人会疲劳,金属也会疲劳。因此,早在百年前我们就已经开始对这些微裂纹进行研究,希望它不会导致机毁人亡。飞机的强度就像一门艺术,所用的材料要尽可能轻、尽可能少,并且要飞得久、飞得经济、飞得安全。这就要求我们把科学运用到极致。



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但是,过去的这些方程都很难。在非线性条件下,在实际的飞行条件下,四阶和二阶的偏微分方程都是无法解的。于是,我们将它简化成一个受拉受压的板或者杆,无限薄,就像一张纸。我们在这些板和杆上进行实验,并将结果应用于飞机结构上,随着厚度的改变,其承载能力也随之改变,飞行器的使用寿命也会有十倍、百倍的变化。那在不考虑三维效应的情况下,如何设计飞机才能保证安全?于是,在这个问题的困扰下,为了让飞机不断裂,我开始研究三维断裂力学,并且得到了老师的支持。但这是一件非常困难的事,因为当时的计算机无法满足庞大的计算,而且可用的实验数据也非常欠缺。

不管前方的路有多难走,我也没有放弃我选择的路。最终,我尝试着在三维的条件下来解决四阶的偏微分方程。我把第三个方向的应力约束假设为一个无量纲的参数,将一个不可解的四阶的非线性偏微分方程组化简为一个类似二维问题的可解的偏微分方程,从而解决了这一难题。我所提出的参数叫“郭因子”,我的解叫“郭解”。从板和杆的实验数据中,我们可以预测在三维的实际飞机结构中发动机的疲劳寿命和安全。过去,我们帮助歼-10、歼-20,还有“长征五号”复飞做了一系列的计算,都是非常有意义的。我帮助了国家,我也实现了当时一部分的理想。


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我们的地球是太阳系的一颗行星,而太阳是这个星系的恒星。这个星系的光、热、能源都来自太阳,太阳40亿年来一直以10的26次方瓦的功率稳定地发射着能量,到达地球表面的只有8×10的16次方瓦,但平均到地球表面的每平方米仅160瓦,光伏大约每平方米23瓦。到达地表的光热70%会被水吸收,水的蒸发会从阳光中吸收约100瓦每平方的光热。我们可以用一种既简单又廉价的方式产生电能。例如,把一块玻璃板放在煤油灯上,经过数分钟后会产生一层黑膜,这层黑膜就是一种厘米级的炭黑材料,它可以通过水的蒸发、水滴、水的凝结、水的流动波动来发电,对应光伏,我们称这个体系为水伏技术。

目前,我们已经可以用厘米级的材料实现水伏技术,虽然每平方米只有1~50瓦,但这个量级依然是一个新兴的能源技术,地球全人类的能量消耗每平方米也仅有0.036瓦。因此,我们必须发展和提升人类对太阳光热的利用能力。这是我们希望为人类的可持续发展提供一条新的途径。我们现在等待的,就是有理想有抱负、为国家助力、为人类持续发展作出贡献的新一代的你们。

谢谢大家!