王自強 -中國科學院院士固體力學家

王自強

中國科學院院士固體力學家
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人名,中國科學院力學研究所研究員。1938年11月生于上海,籍貫浙江定海。1963年畢業于中國科學技術大學近代力學系。長期從事固體力學方面的研究工作,曾獲國家自然科學二、三等獎,國家科技進步特等獎等多項獎勵。2009年增選為中國科學院院士。

  • 中文名
    王自強
  • 出生地
    上海
  • 出生日期
    1938年11月
  • 職業
    中國科學院力學研究所研究員
  • 畢業院校
    中國科學技術大學

​歷任職務

英國Sheffield大學高級訪問學者

美國Brown大學工學院訪問教授

法國ENCP大學材料研究設計中心訪問教授

瑞典Lulea大學固體力學系訪問教授

中國科學院力學研究所研究員博士生導師

王自強

力學所學術委員會副主任

《國際工程斷裂力學》雜志編委

《力學學報》主編

《固體力學學報》副主編

《力學進展》常務編委

簡歷

1938年

出生于上海

1963年

畢業于中國科學技術大學近代力學系

1986年

中國科學院力學所,研究員

2009年

當選為中國科學院院士

1981年3月-1983年3月

英國Sheffield大學高級訪問學者

1988年8月-1989年12月

美國Brown大學工學院訪問教授

1990年1月-1990年7月

法國ENCP大學材料研究設計中心訪問教授

1996年3月-1996年6月

瑞典Lulea大學固體力學系訪問教授

2000年3月-2000年9月

新加坡國立大學材料與工程研究所訪問教授

主要學術成就

1.開創彈塑性斷裂力學研究的新領域

(1) 在國際上最先建立裂紋頂端彈塑性高階場和J-k斷裂準則

王自強和他的碩士生李堯臣在國際上最先建立裂紋頂端彈塑性高階場基本方程, 開創了彈塑性斷裂力學研究的新領域。求得了二階場,證實了幅值k2是獨立參量,它可以表征遠場高或低的三軸應力,從而闡明了遠場三軸應力對斷裂韌性的重要影響,為雙參數斷裂準則提供了理論基礎。

王自強王自強

他和他的博士生夏霖在國際上率先給出裂紋頂端高階場第三至第五項結果。他和他的博士後魏悅廣在裂紋頂端高階場基礎上,提出J-k 斷裂準則,該準則已為國外的系統實驗所證實。

(2) 求得了雙材料介面裂紋頂端彈塑性奇性場

80年代後期, 雙材料介面裂紋頂端彈塑性應力應變場研究成了國際斷裂力學一個熱點。當時國際學術界流行的看法是介面裂紋頂端全連續奇性場不存在。王自強在國際上最先發現對于特定的混合度(裂紋頂端正前方剪應力與正應力的比值),全連續分離變數形式奇性場是存在的。而這個混合度依賴于雙材料的力學性質。這個新觀點很快得到國際學術界的公認。王自強最先得到了雙材料介面裂紋頂端的彈塑性奇性場,為雙材料介面裂紋的斷裂準則提供了理論基礎。

以上研究內容作為成果《裂紋頂端彈塑性應力應變場和斷裂準則》,1995年獲得"國家自然科學三等獎",並寫進專著《高等斷裂力學》。

2.提出了一種新的不含高階應力的應變梯度理論

王自強與他的博士後陳少華提出了一種既不含偶應力也不含高階應力的應變梯度理論,保留了經典塑性理論的基本架構,應變梯度效應(包括轉動梯度和拉伸應變梯度)作為內變數引入,以增加材料的瞬時剪下模量。他們又在偶應力理論基礎上,將拉伸應變梯度引入切線硬化模量,形成一種不含高階應力的應變梯度理論,使分析大為簡化而且十分有效。成功闡明了細銅絲扭轉、微薄梁彎曲、微壓痕、裂紋尖端場、顆粒增強復合材料等一系列實驗中的尺度效應。

以上研究內容作為成果《固體的微尺度塑性及微尺度斷裂研究》重要組成部分,2008年獲得"國家自然科學二等獎",並寫進專著《Micro-scale plasticity Mechanics》。

3.建立了固體理論強度的一種嚴格演算法

王自強和他的博士生李微雪利用晶體具有周期結構的特點,提出了周期結構超晶胞模型。構想超晶胞系統經受各種典型的均勻變形,也就是超晶胞內各個原子所對應的離子依照均勻變形的模式相對位移。而電子與電子相互作用用密度泛函理論來描述,電子與離子的相互作用用膺勢理論來描述。

他們將第一原理能量計算與理想晶體大變形失穩理論相結合, 採用密度泛函理論、贗勢平面波基方法和周期結構超晶胞模型,建立了固體理論強度的一種嚴格演算法, 依此獲得了金屬鋁和雙原子組分材料β-SiC在各種載入方式下理論強度的預測。

以上研究內容作為成果《固體的微尺度塑性及微尺度斷裂研究》重要組成部分,2008年獲得"國家自然科學二等獎"

參與解決工程

(1) 大型電機轉子支臂及定子機座剛度計算

七十年代,王自強參加了長江葛洲壩水電機組的研究工作。建立了新的力學模型和相應計算公式,完成了大型電機轉子支臂及定子機座剛度計算工作,為大型轉子支臂及定子機座剛度設計提供了一個方面的科學依據。作為成果《長江葛州壩二、三江工程及其水電機組》一個組成部分,獲1987年國家科技進步特等獎(集體獲獎)。

(2) 我國第一台國產30萬千瓦汽輪機,發電機高、中壓轉子缺陷安全性分析

這台安裝在平頂山姚孟電廠的汽輪機組,經超音波探傷檢查,發現轉子含有多個夾雜,其尺寸超過水電部部頒標準。這台機組能否投產試用,成為對國民經濟有重要影響的技術難題。王自強領導的研究小組順利地完成了預定任務,為該台機組短期安全運行及監督下長期運行提供了科學依據。成果作為《復合型裂紋脆性斷裂及斷裂力學在工程中的套用》一個重要組成部分,獲全國科學大會獎。

(3) 飛機油箱槽壁板側壓失穩的實驗及理論研究

七十年代,王自強與同仁合作承擔南昌320廠提出的殲12飛機前期預研及沈陽112廠提出的殲8飛機油箱槽壁板側壓失穩的實驗及理論研究任務。這是一個典型的大擾度非線性失穩問題。順利地完成了此項軍工任務,為南昌320廠殲12飛機前期預研及沈陽112廠提出的殲8飛機油箱槽壁板設計提供了一個方面的科學依據。此項工作作為成果《加筋和夾層板殼的穩定性研究》一個重要組成部分,獲全國科學大會獎。

王自強已發表學術論著191篇(冊)。SCI收錄101篇,EI收錄90篇,其中79篇,美國科學引文索引(SCI)記載了他引735次。已經培養了4名博士後、11名博士研究生及10多名碩士研究生。

3部代表性論著

1. 王自強,《理性力學基礎》,2000年,科學出版社 2. 王自強、陳少華,《高等斷裂力學》,2009年,科學出版社 3. Chen Shaohua, Wang Tzuchiang, 《Micro-scale plasticity mechanics》, 2009年,中國科學技術大學出版社 10篇代表性論文 1. 李堯臣、王自強,平面應變Ⅰ型非線性裂紋問題的高階漸近解,SCIENCE SINICA(中國科學),A輯,29,1986年,941-955頁。 2. Xia, L. Wang, T.C., Shih, C.F., High order analysis of crack-tip fields in power law hardening materials,J. Mech. Phys. in Solids,41,1993,665-687 3. 王自強,雙材料介面裂紋彈塑性漸近場,Eng. Fracture Mechanics,37,1990,527-538 4. Wei, Y.G., Wang, T.C.,Fracture criterion based on the higher-order asymptotic fields,Int. J. Fracture,73,1995,39-50 5. Chen, S.H., Wang, T.C.,A new deformation theory with strain gradient effects,Int. J. Plasticity,18,2002,971-995 6. Chen, S.H., Wang, T.C.,A new hardening law for strain gradient plasticity,Acta Mater.,48,2000,3997-4005 7. Wang, T.C., Han, X.L.,Fracture mechanics of piezoelectric materials,Int. J. Fracture,98,1999,15-35 8. Wang, T.C.,Analysis of strip electric saturation model of crack problem in piezoelectric materials,Int. J. Solids and Structures,37,2000,6031-6049 9. Li W. X., Wang T.C., Elasticity, stability and ideal strength of β-SiC in plane wave –based ab initio calculation, Phys. Rev. B 59(1999), 3993 10. Li W. X., Wang T. C., Ab initial investigation of the elasticity and stability of aluminum, J. Phys. Condens. Matter 10(1998) 9889-9904.

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