李敏華 -中科院院士固體力學專家

李敏華

李敏華(1917.11.2~2013.1.19),江蘇吳縣人,中國科學院力學研究所研究員、博士生導師。全國政協委員,中國力學學會理事,中國航空學會名譽理事。

1948年獲美國麻省理工學院博士學位。1980年當選為中科院學部委員。

長期從事固體力學研究。早期從事塑性力學研究,如硬化材料的軸對稱平面應力問題的解法及其塑性變形特點等。近期主要從事材料疲勞、應力分析等研究。其專著有《硬化材料的軸對稱平面應力問題研究》並在國內外發表《發動機渦輪軸在扭矩作用下的應力分析》《使截面圓軸扭轉問題用非正交曲線坐標的新解法》等論文。

  • 出生地
    江蘇省吳縣(今蘇州市)
  • 姓    名
    李敏華
  • 逝世日期
    2013年1月19日
  • 民    族
    漢族
  • 國    籍
    中國
  • 畢業院校
    清華大學、美國麻省理工學院
  • 職    業
    教授、中科院院士
  • 主要成就
    1956年中國科學院自然科學三等獎
    1978年全國科學大會獎
  • 代表作品
    《硬化材料的軸對稱平面應力問題研究》
  • 出生日期
    1917年11月2日

人物生平

早年經歷

1917年11月2日李敏出生于江蘇省吳縣(今蘇州市)的職員家庭。母親思想比較開明,畢業于杭州女子師範中學,支持李敏華姐妹自小讀書。

1925年,李敏華剛到上海不久便發生了"五卅慘案",上海灘上,英國巡捕隨便打殺中國人,外國軍艦在黃浦江上耀武揚威的種種事實,給少年的李敏華留下深刻的印象。

北平求學

1931年,日本侵略軍侵略我國東北三省。李敏華當時就讀于務本女中,該校的校長很愛國,鼓勵同學參加示威遊行,並組織了軍事訓練。一次上音樂課時,正好是五月四日,音樂老師給同學們講述了自己參加北京"五四運動"的經過。在李敏華的心中激起一股熱浪,決心畢業後要去北平(北京)讀大學。

李敏華李敏華

1935年,她考入清華大學,不久,便爆發了"一二九"學生運動。她一面和所有愛國青年一道積極參加示威遊行,一面更加刻苦學習,並決心以己之所學報效祖國。

在大學一年級時,李敏華認識了吳仲華,他們有"理工救國"的共同奮鬥目標和對攝影和音樂的共同愛好,使他們成為好友。抗日戰爭時期,他們隨學校經過長沙遷到昆明,改名為西南聯合大學。在艱難的戰爭條件下,學習生活緊張而窘迫。

1935-1937年 清華大學學習。

1937-1940年 西南聯合大學航空系學習,獲學士學位。

1940-1943年 西南聯合大學航空系任助教、教員。

赴美留學

1944年她與吳仲華共同赴美,就讀于麻省理工學院。不久,他們有了兩個兒子,當時美國婦女生育之後,大多是在家裏照顧孩子,而李敏華卻能在這種情況下,先後于1945年和1948年獲得了碩士、博士學位。作為一個婦女,這在當時是不多見的。李敏華回憶說:"我之能夠學成,是由于有學成後回國服務的堅定信念;也是和吳仲華幫助我照顧孩子和家務分不開的。我們合理地安排時間,共同照顧孩子,克服種種困難才得學成。"李敏華的大部份碩士論文工作都是在晚上,由吳仲華照顧孩子,挑燈夜戰完成的。

李敏華

那時的美國對婦女還很歧視,她在開始讀博士時,麻省理工學院機械系負責大學部生的教授說:"我不能看到機械系有女博士。"幸好負責研究生工作的蘇特勃(Sodeberg)教授支持她,在讀博士期間,李敏華選修了熱力學課程,肯能(Keenen)教授在一次發考卷時說:"這次考題很難,很多人不及格,第一名考95分,是吳夫人(Mrs.Wu)。"後來肯能教授夫人在一次茶會上對李敏華說:"開始肯能教授對你不相信,所以出難題考考你。通過這次考試肯能教授才相信。"

李敏華的碩士論文做的是"用散射光彈解軸扭轉"方面的工作。她先認真看了光學書中全部有關散射光的內容。再將散射光的特徵、散射光彈原理與軸扭轉問題的特點相結合,提出了一個用散射光彈解決軸的扭轉問題的簡單新方法,得到了應變分布。她的博士論文是亞諧振動。導師鄧·哈托(Den.Hartog)指著自己所著《機械振動》一書的一段話說:"這就是作博士論文的題目。"並補充說:"博士論文的題目不一定能做得出結果的。"鄧·哈托本人在書中就寫道:"由于這涉及到變系數非線性方程,很顯然,這樣的分析工作是極其困難的。"當時,吳仲華獲得博士學位後,離開麻省理工學院去克利物倫(Cleveland)NACA路易斯發動機研究中心工作。李敏華利用暑期中學放假,請了一位中學生照顧孩子,以便她進行論文工作。她查閱亞諧振動的文獻,查到電子系統有產生亞諧振動的少量文獻,而機械系統隻有一篇敘述產生亞諧振動的一個機械模型,並且隻在一定的初始條件下才會發生亞諧振動。她分析得出了電子系統在振蕩過程中,系統的系數是變化的,在一定的條件下,會發生亞諧振動;而機械系統中這些系數是固定不變的,隻有在一定的初始條件下才產生亞諧振動。根據這些理解,她得到亞諧振動的解法,並算出了一個例子。鄧·哈托教授在看了她的方法和計算結果,並進行簡單的校驗之後,感到無比高興,對她說:"你解決了!"于是,導師進一步要求她對初始相差的整個範圍進行計算。這個工作是她帶了兩個孩子在吳仲華工作的城市完成的。李敏華終于成了麻省理工學院工科方面的第一位女博士。波士頓報紙在報道該屆麻省理工學院畢業典禮時提到:"中國的李敏華,幾個孩子的母親,證明婦女可以與男子一樣,獲得博士學位。"

為了取得進行科研工作的實際經驗,吳仲華和李敏華決定獲得博士學位後,做一段工作再回國。隨後,李敏華也在NACA路易斯發動機研究中心強度研究室任研究科學家,進行塑性力學的研究工作。

1944-1948年 美國麻省理工學院機械系學習,獲碩士學位、博士學位。

1949-1951年 美國NACA路易斯發動機研究中心任研究科學家。

1952-1954年 美國勃洛克林理工學院機械系研究教授。

艱難歸國

朝鮮戰爭爆發後,他們立即離開NACA轉到學校工作,為回國作準備。但不久,美國政府對在大學工作的中國理工科留學生回國橫加阻撓。經過幾年的努力,克服了重重困難,他們終于在1954年暑假離開美國,繞道西歐、蘇聯回到祖國。

回國後,李敏華為青年教師開設塑性力學課,並組織討論塑性理論和蠕變理論,推動了中國進行塑性力學方面的研究。以後她參加航空航天方面的基礎研究工作。1959年前後,她領導了為新研製的復合材料試件進行高溫試驗以及瞬態加熱載入材料實驗機的研製工作。20世紀70年代中期,她參加航空發動機故障分析會,承擔了喇叭形渦輪軸在扭矩作用下的應力分析。這次故障分析會,使她深深感到疲勞問題的嚴重性。為此,自20世紀80年代後,她又開始從事疲勞研究。同時發起組織側重巨觀研究的全國疲勞學術會議,推動了學術交流。

回國以後,李敏華先後在中國科學院數學研究所力學組及中國科學院力學研究所任研究員,固體力學研究室主任。1980年當選為中國科學院技術科學部學部委員。

1984年,她加入中國共產黨,實現了多年的心願。

1955-1956年 中國科學院數學研究所力學研究室研究員。

1956年 中國科學院力學研究所研究員、研究室副主任、主任。

九十華誕

李敏華院士喜迎九十華誕,中科院力學所隆重召開慶賀大會。全國僑聯、中央統戰部、北京分院等有關領導到會祝賀。全國政協副主席、中央統戰部部長劉延東,全國人大常委會副委員長、中國科學院院長路甬祥,中國科學院基礎科學局、中國科學技術大學、中國科學技術大學工程科學學院、中國科學院歸國華僑聯合會等單位發來賀信。李敏華院士的親朋好友、學生160餘人參加了慶祝大會。

李敏華李敏華

會上宣讀了劉延東部長、路甬祥委員長的賀信。全國僑聯副主席林淑娘代表全國僑聯,送上對李敏華院士的深深祝福,並獻上"壽桃圖"。力學所黨委書記周德進代表黨政領導班子,向李敏華院士祝壽並表示崇高的敬意,號召青年一代的科學工作者以李先生為楷模,學習她嚴謹的治學精神、實事求是的工作作風、愛國奉獻的高尚品德和簡樸的生活態度,為發展祖國的科學事業,振興中華,貢獻畢生精力。 李敏華院士的摯友李佩先生、蔡睿賢院士、伍小平院士等人回憶了在與李敏華院士交往中的點滴往事,高度評價了李敏華院士的卓著成績和他們之間的真摯友誼。工程熱物理研究所黨委書記張平代表工程熱物理研究所,祝李敏華院士生日快樂、健康長壽!力學所張雙寅研究員代表研究生回顧了嚴師、慈母的孜孜教誨,李先生的兒子吳明代表親屬發言。

因病逝世

2013年1月19日上午10時10分,因病醫治無效在北京逝世,享年96歲。

主要成就

科學研究

塑性力學方面

1949年初在NACA路易斯發動機研究中心工作時,李敏華進行圓形薄膜在側壓作用下考慮材料硬化的塑性應力應變分析工作。當時,塑性力學工作剛開始不久,考慮材料硬化的解更少,通常都採用形變理論迭代求解。她採用形變理論,用橢圓方程的角度α和無量綱有效應變γ/γ0來表達馮·米澤斯(Von Mises)屈服條件。使問題由5個未知應力應變分量和未知材料參數降為2個未知變數αγ/γ0及未知材料參數。因α在邊界上已知,γ/γ0是隨應變分量變化的未知量,仍需要迭代求解。李敏華引進了一個任意常數k將半徑無量綱化為γ/k,這樣在一個邊界選定了γ/γ0值,從此邊界沿γ/k進行計算,直到α滿足另一個邊界值。這時的γ/k值等于β/k,由此可定出任意常數k,從而不需要迭代可得精確解,這種方法可用在軸對稱平面應力問題中,在電腦尚不發達的50年代初是非常有意義的。在對李敏華文章討論時,E.T.斯托威爾(Stowell)寫道:"在求解應變硬化材料塑性應力分布時,幾乎不能精確地求解。而對于軸對稱問題,作者(李敏華)得到的解就屬于精確的或近乎精確的解。……即使是在非常簡單的圓孔薄板的一維情況,要同時滿足協調方程、平衡方程、應力應變關系和邊界條件,也不是一件容易的事。由于作者非常巧妙地引進了任意常參數,作者相當精確地滿足了上述條件。"他最後說:"作者提供了一系列精確解的典範,這是她的特殊貢獻。"

隨後,李敏華又通過計算推廣到軸對稱平面應變問題,通過實驗推廣到平面應力問題。由以上的這些工作她認為若零件所受外載比例增加,對塑性大應變問題、形變理論可以套用,而且也具有上述塑性形變的特徵。馮元楨(Y.C.Feng)在20世紀70年代末訪問力學所時提到:"在去年舉行的國際力學學術會議時,我們還討論到李敏華的工作。"1981年哈佛大學J.哈欽森(Hutchinson)與何明元的工作中也套用塑性形變理論。

航天事業方面

1959年,她接受了對新研製的復合材料試件進行駐點溫度超過1000℃的高溫實驗任務。李敏華作為研究室副主任,參加到研究組,通過調研決定採用火箭發動機加熱。由于時間緊,不可能研製常規火箭發動機。她提出用熾體引燃,大大縮短了設計和加工周期。他們在不到半年的時間內,在國內首次實現了駐點溫度超過1000℃的高溫實驗,航天部有關部門極為重視,專門組織參觀並進行仿製。

隨後,李敏華又參加到建立瞬時加熱載入的材料試驗機工作的研究組。她提出應變測量方法,並與組內科研人員一起調研幾種加熱方法後決定方案,得到試件試驗段瞬時的均勻溫度,在國內首次研製成功了瞬時加熱載入材料試驗機。該組因這項工作被評為所內先進集體並獲得獎狀。

70年代初,針對航空發動機渦輪軸斷軸故障,李敏華承擔了在扭矩作用下喇叭軸應力分析工作。針對問題重點,需要得到小凹槽高應力集中區域的應力應變值。她提出以應力函式作為未知量,用非正交曲線座標有限差分法進行計算。這樣在所需電腦容量不大的情況下,直接得到沿小凹槽邊各點的應力值。當時她的小兒子患白血病住院,她每隔一天的下午或晚上去醫院,另一天加班工作,按時完成了任務。航空部有關部門在來信中稱:"對比有限元、光彈實驗及渦輪軸疲勞試驗的結果,該計算結果是比較準確的。……該計算可按強度分析需要校核軸外表面任意點處的強度,是它優于有限元法的主要特點。這正是當初故障研究所需。"該項工作獲1978年中國科學院重大成果獎。

論文著作

1 Lee Wu M H. Analysis of plane-plastic-stress problem with axial symmetry in strain-hardening range. NACA TR 1021,1951.

2 Lee Wu M H. Linearized solution and general plastic behavior of thin plate with circular hole in strain-hardening range. NACA TN 2301,1951.

3 Lee Wu M H. General plastic behavior and approximate solutions of rotating disk in strain-hardening range. NACA TN 2367, 1951.

4 Lee Wu M H. A simple method of determining plastic stresses and strains in rotating disk with nonuniform metal properties. J. of Appl, Mech. 1952,19(4):489~495.

5 Lee M H. Effect of stress strain relations of material on solution of plane-stress problems with large plastic deformation. Congrés International de Mecanique Appliquée, 9e. Actes Universite de Bruxelles (Brussels:Proc.of the 9th Inter'l Congress of Appl.Mech.),1957,8:156~165.另見力學學報,1957,1(1):77.

6 李敏華,王仁.塑性應力應變關系總結.力學學報,1958,2(2):167.

7 李敏華.硬化材料的軸對稱塑性平面應力問題的研究.北京:科學出版社,1960.

8 李敏華.變截面圓軸扭轉問題用非正交曲線坐標的新解法.固體力學學報,1980,1(2):159~169.

社會任職

1980年被選為中國科學院技術科學部學部委員,中國力學學會第一、二屆常務理事,第三屆理事和第四屆名譽理事,第一屆副秘書長。

1965年 當選為第三屆全國人大代表。

1983年 第六屆全國政協委員。

1988年 第七屆全國政協委員。

李敏華先生曾任中國力學學會常務理事、副秘書長,航空學會常務理事、《力學學報》、《航空學報》和《固體力學學報》編委。曾當選為全國婦聯執委。

個人生活

1940年大學畢業後,李敏華和吳仲華分別被留在航空工程系和機械系任助教,不久結為終身伴侶。

人物評價

李敏華先生是國內外享有盛譽的固體力學專家,從事材料的塑性力學和疲勞斷裂的理論和實驗研究。1954年,她和丈夫吳仲華院士沖破美國的種種阻撓回國,先後在中國科學院數學研究所力學組及中國科學院力學研究所任研究員、固體力學研究室主任。1980年當選為中國科學院技術科學部學部委員。

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