技术科学奖

  钱令希    工程力学家。1916年7月16日生于江苏元锡。1936 年获上海中法国立工学院土木科学士学位。1938 年获比利时布鲁塞尔自由大学最优等工程师学位。曾任云南大学土木系教授,浙江大学土木系教授、系主任。1952 年至今,历任大连理工大学教授、副院长、院长。 1955年被选聘为中国科学院院士 ( 学部委员 )。

  一、悬索桥的近似分析

  40年代中期,钱令希对悬索桥的力学性能进行详细研究后发现:(1)非线性因素对悬索水平拉力大小固然有影响, 但对其在桥梁活荷载下的变化规律却影响极小;(2) 非线性因素对加筋梁的影响可用一个柔度系数来表征,而这个系数在给定的恒载与活载比例下是相对稳定的。利用这两条力学性质可大大简化非线性分析,他推演出一套显式计算公式和供工程实用的曲线,使设计者仅用计算尺便能在几小时内完成一个计算方案的具体分析。这项研究成果写成的论文在1948 年的美国土木工程学报上发表,由于它的独创性和深入浅出,面向工程的风格,美国土木工程学会拟授予1951年结构力学莫采夫 (Moi- seff)奖,因时值抗美援朝,钱令希复函予以拒绝。
 
  二、余能原理
 
  1950年,钱令希在《中国科学》上发表了论文《余能原理》。他在论文中论证了余能原理为非线性问题提供了一个有力的能量变分原理,文中还用余能原理证明了直梁在纯弯曲情况下,不管材料是弹性还是塑性,一个平截面仍为一平截面,这虽然是工程理论中的一个假设,但被他用余能原理给予了证明。这篇论文开创了中国力学工作者对变分原理的研究,带动出以后中国在变分原理研究方面出现了一批有国际影响的研究成果。
 
  三、《超静定结构学》和《静定结构学》
 
  1951和1952年,钱令希相继出版了上述两部大学教材。它们以其简洁而富有启发性的风格,严谨而不落俗套的系统,深受读者喜爱。书中包含像静定结构学中机动分析的通路法,超静定结构学中的集体分配法与调整分配法及空腹桁架分析等概念新颖、便于工程实用的内容,其中的调整分配法后来被称为“无剪力分配法”,颇受人们注意并得到推广和发展。
 
  四、拱坝分析和支墩坝新坝型
 
  钱令希于1959 年在《中国科学》上发表了《关于拱坝的计算----考虑扭转作用的拱冠梁法》一文,把拱坝壳体的扭转作用纳入拱冠梁法,给出的方法增加的计算量不多,但得到的结果比之传统的拱冠梁法更接近于实际,在工程中得到了应用。
 
  同年,他在出席长江三峡水利枢纽规划会议后,提出了一种新型的梯型坝坝型,这种坝型介于传统的重力坝与大头支墩坝之间,可用于高坝建筑。比之重力坝,它比较经济,且施工中容易散热,坝底浮托力较小,比之传统的大头坝,因其每一坝垛的横截面沿坝高都是等边梯型,截面没有突变,可避免大头坝横截面内头部可能产生的拉应力。最突出的优点是这种坝施工方便,混凝土工程可以使用大面积的平面模板。这种坝型后来被上海勘测设计院用于浙江乌溪上湖南镇水电站的建设,这个大型支墩坝高达128米,长440 米,分22个支墩,是中国最高的支墩坝。后来,广西 32.6 米高的龙门坝等也采用了这种梯型坝型。
 
  五、结构极限分析和安定分析
 
  从工程观点出发,钱令希认为结构分析最应该关心的是结构在给定荷载环境下的极限承载能力。他长期以来致力于实用的极限分析方法,包括复杂加载下的安定分析方法的研究。 60 年代初,他在《力学学报》和《中国科学》上发表了关于壳体极限承载能力的论文,从能量变分原理给出了一个方法。1965 年,他又和钟万勰一起在《力学学报》上发表了《论结构极限分析并建议一个一般变分原理》一文,引起了力学界的广泛关注。 80 年代,他将计算机技术、有限元方法和线性规划方法相结合,在《力学学报》上发表了一个便于工程实用的一般性方法--温度参数法,用以统一解决极限分析和安定分析。近年来他又提出了用刚性有限元方法处理极限分析。
 
  六、结合壳的稳定问题
 
  为中国制定潜艇结构的强度计算规则,钱令希在60年代承担了结合壳在静水压力下稳定分析的国家任务。他和钟万勰、邓可顺等组成的研究小组,研究了这类壳体的有利和不利形式,并给出相应的理论和算法。这项工作和发表的论文分别获得1978 年全国科学大会奖和1982 年国家自然科学奖三等奖。
 
  七、大连新港海上校栈的设计和建造
 
  “文革”期间,大连新港要在海上筑一栈桥,主要用于承载通油通水管道和一个车道,将陆地与1公里以外的油轮码头沟通起来。鉴于荷载分布均匀,工期非常紧,又必须尽可能节省投资,钱令希在仔细研究各种方案之后,认为最优方案是采用100米跨度全焊接的抛物线上弦空腹衍架结构。这个桥型是以其首创者比利时维朗第 (Vierendeel)教授命名的,30 年代时曾在比利时风行一时。但是由于设计和施工经验不足,屡有破坏事故发生。钱令希认真总结了国外的失败教训,即节点设计不合理、钢材质量差和焊接技术不成熟,潜心研究扬长避短的方法,通过模型试验,找到了以柔克刚的办法降低节点的应力集中,完成了整桥设计。他亲自对桥梁从材料到制造给予了关注,这座9跨100米全焊钢校桥于1975 年底竣工。至今,这个校栈已在海上服役了 20余年,仍完好如初。设计小组编写的《全焊空腹桁架钢桥》一书于1982年在人民交通出版社出版。
 
  八、计算力学和工程结构优化设计
 
  60年代初,现代电子计算机问世,钱令希很快意识到它对力学与工程科学的冲击和深远影响,但由于“文革”开始推迟了他在相关领域的探索和研究。1973年,他在中国科学院的一次力学规划座谈会上极力倡导发展计算力学,还提出力学应突破仅做结构分析的传统,还要做结构综合,即研究工程优化设计的理论和方法,进一步为工程服务。会后,他发表了《结构力学的最优化理论与方法的近代研究》一文。1978年,国家制定各学科发展规划,“计算力学”被列为力学发展的重要方向之一。1980年和1981年,他在大连和杭州组织和主持了两个全国性的计算力学会议,进一步普及了计算力学和扩大该学科领域的研究和应用队伍。
 
  结构优化设计的理论和方法,在国际上有两条途径,一是数学规划法,其理论基础强并有通用性,但实用比较困难;另一条是所谓优化准则法,它依靠一些简明的准则进行优化计算,便于工程应用,但有使用的局限性。钱令希和他的助手通过潜心研究后发现,这两条似是不同的途径实际上是可以统一的。1983年,他们发表的《工程结构优化的序列二次规划》一文,给出了一个统一实用的优化方法,并把这一算法用在了他们自主开发的 DDDU 结构优化程序系统上,后来经过不断完善和改进,使这个研究性的优化程序发展为工程实用的程序,解决了许多各类工程优化实例,取得了可观的经济效益,并获得了1985 年国家科技进步奖三等奖。1983年,他总结了他领导下的研究工作,写出了专著《工程结构优化设计》,该书言简意深、观点鲜明、文字流畅,有自己的风格,出版后获得同年全国优秀科技图书一等奖。他领导下的结构优化设计理论与方法研究工作,既注重实用性,又达到了相当高的理论水平,走在国际同类研究工作的前列,获得了1990年国家教委科技进步奖一等奖和1991年国家自然科学奖二等奖。
 
钱令希教授的主要学术论文、著作目录
  1. A simplified method of analyzing supension bridge.Proc.American Society of Civil Engineers(ASCE),1948,Sept.,Trans ,ASCE,1949,114:1109.
  2.  余能理论 .中国科学 (Acta Scientia Sinica),1950,1:24.
  3. On the analysis of open web trnsses. 中国科学 (Acta Scientia Sinica),1952,1:1.
  4. 建议一种新的大头坝坝型----梯形坝 .大连工学院学刊 ,1959, 6;人民长江 ,1959.
  5. 关于拱坝的计算----考虑扭转作用的拱冠梁法 .中国科学 (Acta Scientia Sinica), 1961,10.
  6. 关于壳体极限承载能力 .中国科学 (Acta Scientia Sinica),1964,12:4.( 俄文 )
  7.  A generalized variational principle for the limit analysis in solid mechanics. 中国科学(Acta Scientia Sinica),1964,13:11.
  8. 圆柱壳开孔问题----单圆孔基本解 .大连工学院学刊,1965,3-4.
  9. 结构力学中的最优设计理论与方法的近代发展 .力学情报 :1973,4.
  10. 大连新港栈桥的全焊百米跨空腹析架 .大连工学院学刊 ,1976.
  11. 环肋锥一结合壳在静水外压下的弹性稳定性 .大连工学院学刊 ,1979,4.
  12.  Efficient optimum design of structures-program DDDU. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering ,1982,30:209-224.
  13. 结构优化设计理论与方法的某些进展 .自然科学进展--国家重点实验室通讯 ,1995, 5(1):64-70.
  14. New insight into of an ancient stone arch bridge-the Zhaozhou Bridge of 1400 Years Old.1987,29:12.
  15. 板、壳极限分析和安定分析----温度参数法 .力学学报 ,1989, 增刊;ASME Pressure Vessels and Piping Conf.,17-21,1990,Nashville.
  16. 结构分析中的刚性有限元法 .计算结构力学及其应用 ,1991,8.Asian Pacific Conference of Computatuinal Mechanics,Hongkong,1991.
  17. An order reduction method for extraction of eigenvalues of dynamic systems.Computers &Structures ,1995,54:6.
  18. 超静定结构学 .上海科学出版社 ,1951.
  19. 静定结构学 .上海科学出版社 ,1952.
  20. 工程结构优化设计 .水利电力出版社 ,1983.