百年清華

——記我的導師黃克智院士

薛明德*（1963）

又是一個金秋?許許多多面帶稚氣?朝氣蓬勃的大一新生從全國各地來到清華園?每當此時,我常常會回憶起1957年第一次踏入清華時的激動心情,想起在這裏度過的人生歲月?清華不斷進取?堅韌不拔的攀登精神,嚴謹求實的學術氛圍,使每一個來到這裏的青年人受到熏陶感染;而體現這種精神的,是教導?帶領過我們的許多老師?其中,對我影響最深的是黃克智先生?

導師黃克智院士和薛明德教授（左）

黃克智老師在清華辛勤耕耘近半個世紀,為我國工程力學界培養了一大批優秀骨幹人才?那是在1958年,為了發展中國自己的火箭?導彈?衛星,意昂体育平台決定組建工程力學數學系?當時,作為清華派至蘇聯莫斯科大學數學力學系的進修教師,他經過三年夜以繼日地刻苦攻讀,取得了優異成績;就在校方和導師批準他破格進行博士學位論文答辯前夕,國內在“大躍進”形勢下,函召他立即回國參加建系?他的導師?國際著名力學家拉包特諾夫院士感到十分惋惜,希望他獲得學位後再回國;但他認為祖國的召喚高於一切,毅然放棄了答辯的機會立即回國,全力以赴地投入了工作?就在那時,我所在的班由工程物理系二年級轉到力學系,在老師們帶領下邊幹邊學,參與建立固體力學實驗室的工作?

40多年過去了,清華力學系在張維?杜慶華和黃克智等前輩們的帶領下,已發展成為在我國高校中名列前茅?教學科研並重?綜合實力最強的力學系?1993年,作為學術帶頭人,黃克智所領導的固體力學重點學科在培養高水平學術骨幹方面成績卓著,獲得了全國高校優秀教學成果獎中唯一的一項工科教學特等獎?這40多年來,黃先生曾先後擔任過意昂体育平台學術委員會主任?校務委員?工程力學研究所所長,國務院學位委員會力學學科評議組召集人,國家教委聘請的工程力學專業教學指導委員會主任委員?科技委委員兼力學學科組長,中國力學學會副理事長和《力學學報》主編?通過他的工作,為我國力學學科建設?力學教育以及提高我國力學界在國際上的學術地位做出了重要貢獻?作為國際上知名的力學家,黃先生在彈塑性斷裂力學?固體材料的宏細觀本構理論?薄殼理論與壓力容器強度分析等領域內取得了一系列國際公認的領先成果,先後被推舉為國際斷裂會議副主席?國際理論與應用力學聯合會理事和遠東斷裂組織主席等?

在我的學生時代,黃先生是我們班同學最崇敬的老師之一;當時作為年輕的力學系中較為年長的老師,他曾為我們班開出過許多門在當時具有先進水平的力學課程;還給我們幾個“因材施教”學生在課余另外講授了《變分原理》這門課?有時我們問他一個問題,會帶出他一系列關於這個問題的背景?依據?來龍去脈?公式如何一步步導出等等許多詳盡而內容豐富的闡述,常常使我們這些學生驚嘆與折服;有時甚至會想:為什麽他的知識掌握得那麽牢固直到十多年以後,我在他直接領導下工作時,才對他如何做學問有了比較深入的了解?

1963年我畢業後留在固體力學教研組工作?從1964年起國內政治氣氛中“左”的東西就越來越多,批判蘇聯教育思想時,黃先生成了我系的重點?黨內大會小會開了一次又一次,我對此很不理解,我不願意違心地說我沒有想通的問題,違心地跟著批判黃先生,於是開會時只好保持沉默?以後黃先生又下鄉去“四清”,接著又是“文化大革命”,去江西農場勞動,直到1972年才回到學校?

我在黃先生指導下進行工作大約始於1974年?當時我國壓力容器行業要編製中國自己的設計規範,對大部分章節的做法,都是在相同的結構設計條件下按幾個不同國家的規範試算,哪個規範能得到折衷的結果就抄哪個規範,基本上不做什麽研究工作?但對於石油?化工?熱能?核能等許多行業中大量使用的列管式換熱器的關鍵部件——管板,這種辦法就根本行不通了?這是因為它的結構特別復雜,各種規範的計算公式都是對實際結構提出大量簡化假定後推導得到的,簡化模型不同結果十分懸殊,同一條件下設計厚度有時可以差幾倍,這使工程師們感到無所適從,於是他們來清華請教黃先生?黃先生找了許多有關各國管板規範編製的理論依據的文獻,對其中一項項假定是否合理?一步步推導是否正確,他都要逐一檢查;在此基礎上,吸收其中合理的成分,摒棄不合理的假定,重新推導更符合實際從而也是更復雜的計算公式?公式出來以後,他就和當時燕山石化總廠設計院的一位工程師一起,到房山去利用設計院的計算機調試與檢查程序?那時候,清華大部分教師不是與工農兵學員一起“開門辦學”,就是辦學習班搞“大批判”;因為黃先生是權威,學習班不到場特別引人註目,他常常因為上房山算題而挨批評?但他卻對能用自己的力學知識為國家解決一點實際問題非常著迷,並引以為樂?當我告訴他教研組讓我參加他的工作時,他顯得特別高興,把他推導公式的手稿給我,讓我從頭學起?有一次我問一個國外規範的問題,他拿出一個硬皮的本子叫我拿去看?那上面是他從圖書館親手抄的十來篇當時國外雜誌上發表的文獻,甚至一些曲線都用透明描圖紙一一描下,還寫著不少他自己對別人公式的推導與看法?在當時那種知識和知識分子處處被貶低?十分壓抑的政治空氣下,看到這個本子,想到在隨時都會挨批判的情況下,他居然還能跑圖書館,靜下心來看文獻,我對黃先生的敬佩之心不禁油然而生?

我們的管板設計方法搞出來以後,經過對幾百個實際換熱器的計算,發現按我們的方法設計的多數管板,比較當時國際壓力容器行業通行的美國TEMA標準設計的管板薄,而且直徑越大薄得越多?於是我們就想方設法從製造廠尋找將要出廠的各種結構形式?各種參數的產品做實測;對於有的結構形式,實測應力分布與計算結果有差距,我們就檢查計算模型中還有哪些實際因素沒有考慮到,反復修改模型直至適用於工業中所有通用的結構形式?多次實驗都證明了我們的方法遠比美國規範正確?但是,要推翻美國TEMA方法,采用我們自己的方法作為中國規範,真是談何容易每一次規範審查會我們兩人和幾位參加我們工作的工程師們都要進行詳細的介紹,他講理論,我講實驗結果,有時需要面對一些“老總”們進行“舌戰”?這個方法經過我們的奮鬥和許多工業部門的應用,從起步到成為行業標準中推薦使用的附錄,到1988年成為法規性的中國國家標準,整整用了15年時間?直至1990年,世界各國從事這方面工作的同行們才在美國納什維爾開會時提出:“該是重新認識TEMA標準的時候了”?我在那次會議上介紹了我們的理論與實驗工作?中國的國家標準,並指出用我們的設計方法可以大大減薄大直徑管板厚度,降低製造成本,已經在中國的上千家企業與設計院中得到應用?當我們的論文受到會議主席與許多國際同行的稱贊時,我又不禁想起黃先生在起步時的艱難境遇?

圓柱殼大開孔接管問題是壓力容器設計中一個十分棘手的問題,開孔附近有很高的應力集中,是許多壓力容器事故的原發部位?直至七八十年代的各種壓力容器規範中,為安全起見都只允許開小孔?為了解決這個問題,從40年代起,美?英?前蘇聯等發達工業國家花費許多人力?資金進行研究,試圖尋找適用於更大參數範圍的薄殼理論解,許多著名的力學家曾先後從事過這方面的研究?但由於解決這個問題需要聯立求解2個8階偏微分方程的復雜邊值問題,力學與數學上的困難使開孔率的可解範圍始終限製在0.3以下?還在“文革”期間,我們在從事壓力容器研究工作的初期,就夢想著去攻下這個在力學界著名的難題?為此一方面收集國外文獻,一方面黃先生將他以前關於薄殼基本方程?統一分類理論及分解?合成解法等方面的研究成果整理出來,在他給研究生講課時,我作為助教一邊幫助做些工作一邊學習?在將近10年中,我們堅持不懈努力,不怕挫折,不畏幾十頁紙極其復雜的公式,由我與研究生各自推導一遍,再由黃先生親自檢查,甚至早期研究生編的程序他都和我一起逐行逐句地檢查過,所有的計算結果需要和國外前人幾百個實驗結果一一核對無誤,為此計算機的理論方案大的變動就有兩次?艱苦的勞動終於有了成果,1995年,根據我們的理論與計算編製的設計方法與曲線成為中國壓力容器行業標準中推薦使用的方法;1996年,我們在一家著名的國際雜誌上發表的文章,被美國機械工程師學會授予該雜誌每年一個的傑出論文獎?當我在國際會議上與從事這方面數值求解的一位英國的?一位美國的著名大學教授分別互相交流時,他們都不約而同地問道:你是否知道許多有名的力學家都沒能在這個問題上取得成功你們為什麽還敢於去做我說:是的,我知道;但這是我們在許多年以前就有的一個夢,我的身後有黃克智教授,他是中國最好的力學家之一?

每當回憶起與黃先生共同奮鬥的歲月,面對所得到的成果與榮譽,我不會忘記黃先生給予我的幫助和扶持?記得“文革”中與“文革”剛剛結束時,我只是一個最普通的小助教,除努力幹活之外,現在的許多年輕人已懂得去做的事,那時的我都不懂?記得在70年代末,與黃先生一起參加完一個審查我們規範的會議以後坐火車回校,黃先生說,你應當趕快把這些東西寫成文章送出去發表?在一天多的火車上,他除吃飯?睡覺外一直不停地在寫,火車快到北京了,他遞給我一篇署有我們兩人名字的草稿“評TEMA規範”,說:你去把它完成,把圖?表?參考文獻等補齊了寄走?這是我第一次發表文章?80年代初,當時的國家標準局籌建“全國壓力容器標準化技術委員會”這一在該行業中的權威性技術組織,邀請黃克智教授作為意昂体育平台派出的委員全國高校只有2位委員?黃先生卻說,薛明德已經完全可以勝任這一職務,還是讓她去做委員吧?當時我只是一個講師,是十多個工業部門推舉的20多位委員中資歷最淺?年齡最小的委員,也是唯一的一個女委員?黃先生經常這樣,利用一些邀請自己參加的國內外學術活動的機會,一次又一次地推薦了更需要聲望的年輕人,使他們得以在學術界一展所長?

現在,雖然我已滿頭白發,自己也有了許多學生,早已獨自承擔了不少研究工作,但黃先生熱愛祖國?熱愛青年,對事業堅韌不拔?持之以恒,對科學實事求是?一絲不苟的精神,卻永遠是我學習的榜樣?

* 作者為意昂体育平台工程力學系教授