鄭哲敏

鄭哲敏

鄭哲敏,1924年9月4日出生于山東濟南,浙江鄞縣(今寧波市鄞州區)人,物理學家、力學家、爆炸力學專家,中國科學院學部委員(院士)、中國工程院院士、美國國家工程科學院外籍院士,2012年度國家最高科學技術獎得主,中國爆炸力學的奠基人和開拓者之一,中國力學學科建設與發展的組織者和領導者之一。

1947年,鄭哲敏畢業于清華大學機械系;1949年,在美國加利福尼亞理工學院獲碩士學位;1952年,獲加州理工學院博士學位;1955年,在中國科學院力學研究所工作,歷任彈性力學組組長、室主任、副所長、所長等職;1982年,被選為中國力學學會常務副理事長;1988年,任中國科學院力學研究所非線性連續介質力學實驗室主任。

鄭哲敏早期在水彈性力學研究中取得成就,長期從事固體力學研究,擅長運用力學理論解決工程實際問題,提出了流體彈塑性體模型和理論,並在爆炸加工、岩土爆破、核爆炸效應、穿甲破甲、材料動態破壞、瓦斯突出等方面取得重要成果;倡導海洋工程力學、材料力學性能、環境災害力學的研究,建立了中國科學院力學研究所非線性連續介質力學實驗室,為推動中國力學事業的發展作出了貢獻。

  • 國籍
    中國
  • 民族
    漢族
  • 出生地
    中國山東濟南
  • 出生日期
    1924年10月2日
  • 畢業院校
    清華大學、美國加州理工學院
  • 中文名
    鄭哲敏
  • 祖籍
    浙江省鄞縣
  • 其他作品
    《高能成形》,《相似理論與模化》
  • 逝世日期
    -

​人物簡介

鄭哲敏,中國爆炸力學奠基人和開拓者之一、著名力學家、中國科學院和中國工程院院士,1924年10月2日生于山東濟南。1947年獲清華大學學士學位,1949年、1952年分別獲美國加州理工學院碩士、博士學位。1993年當選為美國工程科學院外籍院士。歷任中國科學院力學研究所所長、非線性連續介質力學開放實驗室主任,中國力學學會理事長,力學學報主編,中國科學院海洋工程科學技術研究中心主任,中國科學院技術科學部副主任等職。

鄭哲敏

科研成就

鄭哲敏闡明了爆炸成形的機理和模型律,解決了火箭重要部件的加工難題,發展了一門新的力學分支學科—爆炸力學。他長期主持力學學科發展規劃的製定,倡導建立多個新的力學分支學科,做出重要的學術貢獻。

鄭哲敏

在地下核爆炸效應的研究中,鄭哲敏與合作者一起提出流體彈塑性模型。該模型將爆炸及沖擊荷載作用下介質的流體、固體特徵及運動規律用統一的方程表述,堪稱爆炸力學的學科標志,可準確預測地下核試驗壓力衰減規律,為中國首次地下核爆當量預報做出貢獻。

在穿破甲研究方面,鄭哲敏帶領團隊開創性地提出射流開坑、準定常侵徹、靶板強度作用的相關理論;得到穿甲相似律和比國際流行公式更為有效的穿甲模型;建立破甲彈高速流拉斷的理論;建立金屬裝甲破甲機理模型和破甲相似律,獲得比國際公認公式更符合實際的侵徹公式。這些工作為中國相關武器的設計與效應評估提供了堅實的力學基礎。

基于流體彈塑性理論,鄭哲敏還開闢了爆炸加工、瓦斯突出、爆炸處理水下軟基等關鍵技術領域,解決重大工程建設中的核心難題,並得到廣泛套用。此外,在材料力學的研究中,他提出的硬度表征標度理論,在國際上有重要影響,並以他與合作者的姓氏命名為C-C方法。

作為中國力學界在國際上的代表,鄭哲敏積極參加和組織有關各方面的國際交流,促進國際合作,顯著提高中國力學在國際上的地位。

鄭哲敏心系祖國,始終以國家需求為己任。他嚴謹創新,平易近人,培養了大批力學領域的傑出人才,現在仍致力于自己喜愛的科研工作,一如既往地關心著力學學科和國家相關重大工程技術的發展。

所獲榮譽

早期從事熱彈性力學、水彈性力學、振動及地震工程力學研究。1960年開始爆炸力學研究,其中“爆炸成形模型律及成形機製”獲1964年國家新材料、新產品、新技術、新工藝展覽會一等獎,“破甲機理研究”獲1978年全國科學大會獎,“流體彈塑性模型及其在地下核爆炸和穿破甲方面的套用”獲1982年國家自然科學獎二等獎,“連雲港爆炸處理水下軟基”獲1988年中國科學院科技進步獎一等獎、1990年國家科技進步獎二等獎,“金屬板爆炸復合與套用”獲1989年中國科學院自然科學獎一等獎,“熱塑剪下帶”獲1992年中國科學院自然科學獎一等獎。專著有《高能成形》和《相似理論與模化》。

鄭哲敏

2012年度國家最高科學技術獎

2013年1月18日,2012年度國家最高科學技術獎授予鄭哲敏院士、王小謨院士。鄭哲敏院士是國際著名力學家,我國爆炸力學的奠基人和開拓者之一,中國力學學科建設與發展的組織者和領導者之一。王小謨院士是我國著名雷達專家,現代預警機事業的開拓者和奠基人。

人物簡歷

1924年10月2日 生于山東省濟南市。

鄭哲敏

1943-1947年 西南聯合大學電機工程系及機械工程系學習,獲工程學學士學位。

1947-1948年 任清華大學助教。

1948-1952年 美國加利福尼亞理工學院機械工程系學習,先後獲科學碩士、理學博士學位。 1952-1954年 任美國加利福尼亞理工學院機械工程系教師。

1955-1956年 任中國科學院數學研究所副研究員。

1956-1978年 任中國科學院力學研究所副研究員,彈性力學組組長,第四研究室副主任,爆炸力學研究室副主任、主任。

1978-1989年 任中國科學院力學研究所研究員、副所長、所長。

1980年- 被選為中國科學院學部委員。

1982-1990年 任中國力學學會常務副理事長,理事長,1990年任名譽理事。 

1982-1986年 任力學學報主編。

1986年 兼任中國科學院海洋工程中心主任、國際理論與套用力學聯合會理事、大會委員會委員。 1988年- 任中國科學院力學研究所非線性連續介質力學實驗室主任。

1993年- 被選為美國國家工程科學院外籍院士。

人物特寫

師從兩“錢”結緣力學 輾轉歸國效力

鄭哲敏院士早年求學、工作以及與力學結緣、從美國輾轉歐洲回國效力的經歷,和享譽海內外的中國現代科技界科學大家“三錢”中的兩錢錢學森、錢偉長都有不解之緣。

鄭哲敏

1943年,鄭哲敏考入西南聯合大學電機系,次年轉入機械系。1946年,抗戰勝利後,鄭哲敏所在的工學院回到北京清華園。同年,錢偉長從美國回國到清華大學任教,在他的課上,大四的鄭哲敏首次接觸到彈性力學、流體力學等近代力學理論,錢偉長嚴密而生動的理論分析引起了鄭哲敏的極大興趣。1947年畢業後,鄭哲敏留在清華大學做錢偉長教授的助教。

多年後,鄭哲敏回憶道,錢偉長使他確定研究力學的道路,錢偉長重視數學和物理等基礎學科對自己影響很大。

1948年4月,在錢偉長等人推薦下,鄭哲敏獲準入學美國加州理工學院,並于一年後成為錢學森的博士研究生。1954年9月,鄭哲敏從紐約乘船離美,輾轉歐洲,于次年2月回到祖國後進入中國科學院數學研究所力學研究室工作,隨後參加錢學森建立中科院力學研究所的工作。

1956年1月,鄭哲敏成為力學所的首批科技人員之一,任彈性力學組組長。同年,他還作為助手參加了錢學森主持的12年科學技術發展遠景規劃中全國力學學科規劃的製訂。後來在錢學森指導下,鄭哲敏建立起爆炸力學學科,這一切,深深影響到鄭哲敏的研究方向和治學風格。1984年2月,鄭哲敏還接過錢學森的接力棒,出任中科院力學所第二任所長。

奠基爆炸力學 引領中國力學發展

鄭哲敏科研生涯的最早期主要從事熱彈性力學和水彈性力學的研究,回國後曾根據國家的需要從事地震回響、水輪機葉型等方面的研究工作。

後來因為國家科研布局調整,鄭哲敏選擇高速高壓塑性動力學研究方向,並于很短時間內在爆炸成形方面取得完整、深入的研究成果,從而拉開爆炸力學研究的序幕。

鄭哲敏在爆炸力學方面的主要貢獻包括:一是提出流體彈塑性體模型,促進形成完備的爆炸力學學科體系;二是建立爆炸力學的基本研究方法,為武器設計與武器效應評估提供嶄新的力學基礎;三是開闢爆炸成形、爆炸築堤等關鍵技術領域,並發展水下爆炸及其與結構相互作用的理論,解決了重大工程建設核心難題。

鄭哲敏還通過對“瓦斯突出”的機理研究,認為“瓦斯突出”的動力來源于煤層瓦斯中含有的機械能。

與此同時,作為中國力學學科建設與發展的組織者和領導者,鄭哲敏參與和主持製定了一系列重要力學學科及相關科學規劃。他整體把握中國力學學科發展方向,積極倡導、組織和參與熱彈性力學、水彈性力學、材料力學行為、環境力學、海洋工程、災害力學、非線性力學等多個力學分支學科或領域的建立與發展。

在材料力學研究中,鄭哲敏提出的硬度表征標度理論,在國際上有重要影響並被廣泛引用,還以他與合作者的姓氏命名為C-C方法。引領中國力學發展的鄭哲敏為促進中國力學界與國際力學界的交融、提升中國力學國際地位等做出重要貢獻。

科研需要耐心 倡導“自由探索”

當前中國科技發展水準雖然有很大進步,但與國際先進水準相比,仍有不小差距。鄭哲敏認為,學術界浮躁的風氣是製約發展的重要原因。“科研需要耐心。現在,一些人都急于求成,沉不下心來坐冷板凳,這樣做出的也最多是中等成果,很難有出色的、有重大影響的成果。有的人急于要實效,不重視基礎理論研究,最終會極大地製約整體科技的發展。”

他提醒說,當科學家並不像大家看上去的那麽美。“科研有突破的那一刻很快樂,但是更多的時候很苦、很枯燥,在一遍又一遍的錯誤中尋求突破,在反反復復的試驗中總結創新。”

在鄭哲敏眼裏,現代科學精神的精髓就是古希臘時代傳承下來的“自由探索”的精神。縱觀中國自身的歷史發展和文化傳承,“自由探索”精神相對薄弱,這也是造成中國科學創新不足的核心問題。要真正激活科技界的創造力,“自由探索”不僅僅是一種科學精神,也也應成為一種人生目標。

鄭哲敏指出,中國當下的青年科研人員壓力特別是政策壓力很大,現在各種評獎評審、項目申請等,“把人搞得很浮躁,東迎西迎,像無頭蒼蠅一樣亂撞”,年輕人急功近利、不能沉下心來,必然影響到他們開展科學研究和從事科研的決心。他呼吁盡快給青年科研人員減壓,把他們從煩燥、浮躁的“包圍圈”中解放出來。

已89歲高齡的鄭哲敏仍然活躍在科研一線。近年來,他將研究重心轉向水下高速航行體的流固耦合力學問題、海底天然氣水合物開採技術與安全性等方面,帶領相關研究團隊為國家海洋安全和海洋資源能源的開發作貢獻,並指導有關課題組繼續進行爆炸與沖擊動力學研究。

耄耋之年的鄭哲敏接受採訪時一直面帶微笑,笑容裏還不時透出些孩童般的調皮與無邪。他身邊的同事稱,微笑與樂觀也許就是鄭老健康長壽的秘訣。

人物生平

鄭哲敏,1924年10月2日出生在山東省濟南市。原籍浙江省鄞縣。父親鄭章斐幼年放牛,念過幾年私塾和國小,後來進城當學徒,進而經商開廠,他崇尚實業,一直遺憾自己沒有更多的上學機會。因而全力支持和鼓勵子女用功讀書,教育子女循規蹈矩、修身養性。這給幼年時期的鄭哲敏帶來深遠影響。

抗日戰爭開始後

鄭哲敏入川,先後進成都華陽縣中和金堂銘賢中學學習。他刻苦鑽研,學習成績優異,曾因不參與考試作弊而挨過一些同學的揍。他管過伙食,辦過話劇團和英文社,樂于為大家做事。

1943年,鄭哲敏以理工科第一名的優異成績考入西南聯合大學電機工程系,次年改學機械工程系。他喜愛物理,願意為同學答疑釋難,從中自己也得到了提高。抗日戰爭勝利後,學校搬回北平(今北京),錢偉長給機械系講授力學問題,他那嚴密而生動的理論分析引起了鄭哲敏的極大興趣,從此他對力學產生了感情。1947年畢業後,他留在清華大學作錢偉長的助教,學習錢的攝動法。一次,他讀到劉仙洲從美國帶回的工程教育雜志,上面宣傳應改變工程教育隻註重傳授經驗和工藝的傳統,提倡工程教育要理工化,很受啓發。1948年,他考上國際扶輪社的留美獎學金,錢偉長、李輯祥等介紹他去美國加州理工學院學力學。一年後,他順利地取得了碩士學位,接著就當了錢學森的博士生,做熱應力方面的論文,有幸能經常聆聽到錢學森介紹自己在科學方法方面的心得。在那個著名學府,他聽過G.W.豪斯奈爾(Housner)、W.D.瑞奈(Rannie)、A.愛爾德依(Erdelyi)等名教授的課,跟豪斯奈爾做過抗地震方面的工作;在跟瑞奈研究Benard胞格現象時,體驗到量綱分析方法的實質。他還有機會聆聽到T.馮·卡門(vonKarman)、G.I.泰勒(Taylor)、J.馮·紐曼(von Neumann)等大師的報告。耳濡目染和多方實踐使他對以L.普朗特-馮·卡門-錢學森為代表的近代套用力學學派的精髓有所體驗,其實質在于努力使工程立足于現代科學,著眼重大的實際問題,強調清楚表述、嚴格分析、創新理論,進而開闢新的技術和工業。1952年,鄭哲敏取得該校的博士學位。

中華人民共和國成立

1949年,中華人民共和國成立,鄭哲敏對中國共產黨的領導充滿希望。取得博士學位後,即著手準備回國參加社會主義建設,卻遭到美國政府的多方阻撓。1955年,中美在日內瓦達成協定,鄭哲敏等一批愛國科學家終于回到祖國。他先到中國科學院數學研究所任副研究員。同年年底,他的老師錢學森也返回祖國,他隨即參加錢學森建立力學研究所的工作。1956年,他被任命為該所彈性力學組組長,研究水壩抗震。1958年,他領導了大型水輪機的方案論證。

1960年,蘇聯撤退專家。他應邀參加了周恩來總理宴請科學家的盛會。總理在祝詞中懇切表示,中國的建設要依靠中國自己的知識分子。鄭哲敏深受鼓舞,決心致力于解決國民經濟中的重大問題。

爆炸成形的理論和套用

他所解決的第一個重大問題是爆炸成形的理論和套用。經過1960至1962年三年時間的努力,他闡明了爆炸成形的主要規律,並和工業部門合作生產出技術要求很高的飛彈零部件,使爆炸成形成為以科學規律為依據的新工藝,因而獲得1964年全國工業新產品一等獎。在同一時期裏,他還指導另一研究組在爆破技術方面開展研究。通過爆炸成形和爆破的研究,鄭哲敏在力學和工程技術之間修架橋梁。1960年,錢學森預見到一門新學科正在誕生,將其命名為爆炸力學,並在中國科技大學他所負責的力學系裏開設工程爆破專業,1962年改名為爆炸力學專業,並由鄭哲敏負責為這個專業設計課程、聘請專業課教員、安排畢業論文工作等。1964年,我國開始地下核試驗的預研,鄭哲敏接受和完成了有關任務,並主動考慮地下核爆炸威力的預報問題。1965年,他和解伯民與國外同時獨立地提出了一種新的力學模型--流體彈塑性體模型。

文化大革命開始

不久,“文化大革命”開始,鄭哲敏堅持此項研究,套用這個模型預報地下核爆炸效應。1968年12月,此項研究被迫中斷。1965年,他還開始做了另一項有意義的工作,即指導兵工部門進行穿甲幾何相似律的模型試驗。1971年,他從幹校回所,為改變我國常規武器落後的狀況,組織力量研究穿破甲機理,經過10年努力,先後解決了穿甲和破甲相似律、破甲機理、穿甲簡化理論和射流穩定性等一系列問題。為了表彰他在流體彈塑性體模型及其在核爆炸和穿破甲研究的貢獻,1982年,國家授予他全國自然科學二等獎。

巨觀與微觀相結合的方法等研究

70年代末,他套用流體彈塑性理論揭示了爆炸復合工藝的力學規律,為這一工藝的推廣套用提供了理論指導,因此又榮獲1989年中國科學院自然科學一等獎。早在60年代,他在研究爆炸成形時已開始註意研究材料的力學性質,認為這類基礎研究必須採用巨觀與微觀相結合的方法。1979年,他組織了一個研究室專門研究材料性質。80年代初,他對金屬斷裂機製和絕熱剪下帶的形成和演化都提出了新的模型和理論。1980年,鄭哲敏開始了解到我國各類爆炸事故相當頻繁,于是他大力提倡和組織事故發生機製及防治措施的研究。煤和瓦斯突出是煤炭生產中的一類重大事故,他在1982年的一篇論文對此復雜現象作出了精闢的力學分析。自1987至1989年,他的研究集體在理論和實驗兩方面展開研究,為建立突出判據提供了重要依據。80年代末,他在爆破方面又獲得新成果,他的研究集體創造了一種爆炸法處理水下軟基的新技術,並成功地套用于連雲港大堤等大工程的施工,獲得了1990年國家科技進步二等獎。30多年來,鄭哲敏努力實現他的志向,通過在爆炸力學和固體力學中的科學實踐,為國家解決了一批重大實際問題。

從1978年起,鄭哲敏任中國科學院力學研究所研究員、副所長、所長等職。

鄭哲敏是中國力學學會第一屆常務理事,第二屆常務副理事長,1986年,他任第三屆理事長,現被推舉為名譽理事。1982至1986年任《力學學報》主編。曾任首屆《爆炸與沖擊》主編。1988年,他被推舉為國際理論與套用力學聯合會(Inter-national UniOn for Theoretical and Applied MechanicS)理事、大會委員會委員。

1993年因在爆炸力學方面的貢獻,被選為美國國家工程科學院外籍院士。

運用力學理論解決工程實際問題

鄭哲敏擅長運用力學理論解決工程實際問題,提出了流體彈塑性體模型和理論,並在爆炸加工、岩土爆破、核爆炸效應、穿甲破甲、材料動態破壞、瓦斯突出等方面取得重要成果。倡導海洋工程力學、材料力學性能、環境災害力學的研究,建立了中國科學院力學研究所非線性連續介質力學實驗室,為推動我國力學事業的發展作出了貢獻。

主要論著

1 鄭哲敏,錢學森.迅速加熱時薄壁圓柱殼應力的相似律.Journal ofthe American Rocket Society,1952,22:144-149.

2 鄭哲敏.爆炸成形模型律.國家科委科技報告,1962.

3 鄭哲敏.水擊波入射于平板時空化的形成.國家科委科技報告,1962.

4 鄭哲敏,解伯民.關于地下爆炸計算模型的一個建議.力學研究所研究報告,1965.

5 鄭哲敏,談慶明.破甲機理的力學分析及簡化模型.科技參考資料(52研究所),1977.

6 鄭哲敏.破甲彈射流穩定性的研究.爆炸與沖擊,1980(1).

7 鄭哲敏.從數量級和量綱分析看煤與瓦斯突出的機理.力學與生產建設,北京:北京大學出版社,1982. 8 鄭哲敏.力學研究所關于改革的一些構想.中國科學院力學研究所年報,1984.

9 Bai Yilong,Cheng Chemin,Yu Shanbing.On evolution of thermo-plastic shear band.Presented at XVI Int.Cong.of Theo.and Appl.Mech.Denmark:1984.

10 鄭哲敏等.玻璃鋼對聚能射流幹擾機理的研究.中國科學院力學研究所報告,1981;Proc.Int.Symp.onIntense Dynamic Loading and Its Effects,Beijing:Science Press,1986.

11 Cheng Chemin.Mechanics of explosive welding.Proc.Int.Symp.on Intense Dynamic Loading and Its Effects,Beijing:Science Press,1986.

爆炸力學

爆炸力學是在60年代初由我國力學界前輩錢學森、郭永懷命名倡導的一門具有重要套用背景的力學分支學科。從那時起,30年來鄭哲敏在研究解決爆炸加工、爆破、核爆炸、穿破甲、爆破安全、高速運動的穩定性以及材料的動態力學性質等套用問題中,對建立和發展這門學科作出了貢獻。

1958年,中國科學院的知識分子“下樓出院”,奔赴生產第一線。鄭哲敏知道我國缺少萬噸水壓機,很想用簡便的爆炸方法來代替,便下到汽車廠、鍋爐廠研究爆炸成形新工藝。但那時革命浪漫有餘,求實精神不足,一年時間過去,一個產品也沒有做出來,工廠的態度發生180°的轉變。鄭哲敏清楚地意識到在生產套用之前,必須先做科學研究,于是回所組織實驗室研究尋找規律。他對爆炸問題作了初步力學分析,分解出帶基礎性的爆炸載荷、金屬材料性質和帶綜合性的成形規律三個問題,組織三個研究組展開研究,同時還組織爆炸實驗手段如計時儀、測壓儀等的研製。通過對金屬板的變形過程的實際測量,肯定了板料經歷過兩次加速。鄭哲敏提出了水下爆炸空化理論來解釋板材的兩次載入和加速的現象,形成了爆炸成形機理的核心內容。在此基礎上,他提出了模型試驗所應依據的幾何相似律以及能量準則,並為工廠設計了一整套確定成形工藝參數和條件的試驗方法。他與有關產業部門密切合作,套用上述理論和方法,生產出高精度的飛彈零部件,對我國飛彈上天作出了貢獻。為生產大型零件,必須鑄造大型爆炸成形模具,這在技術上和實際施工上都是個難題,他巧妙地發明了分塊拼裝的慣性模。上述成果一直沒有公開發表,直到1981年,英國皇家學會會員B.克羅斯蘭德(Crossland)訪華聽了鄭哲敏的報告,不勝贊嘆,並說現在發表,仍然很有價值。1964年,鄭哲敏接受並完成了空中核爆炸沖擊波壓力標定的任務。當他了解到國家正在積極準備地下核試驗時,他急國家所急,主動考慮如何統一描寫核爆炸波的衰變與空腔運動規律。經過調研和分析,他認為當時國外把全場分為內部流體區和外部固體區的分區模型存在人為不連續的缺點。1965年,他和解伯民向上級部門提交了“關于地下核爆炸計算模型的一個建議”,其中提出了一種新的力學模型--流體彈塑性體模型。這一模型能夠滿意地體現介質在流體性質和固體性質之間的緊密耦合及其運動在時間和空間上的連續變化的天然特征。在此後的兩年中,他們套用這個模型對地下核試驗的當量預報作出了貢獻。幾乎在同時,美國也獨立地提出了這個模型,然而他們卻在我們搞文化大革命的時候不僅在核爆炸,而且在超高速碰撞以及穿破甲等領域都趕上和大大超過了我們。

早在60年代初,鄭哲敏就曾提出過用室內小型槍擊試驗可以代替實彈靶場考核的建議,並且準備研究將流體彈塑性模型套用到穿破甲機理研究中去,以改進我國兵器的落後面貌。1971年,他從幹校回研究所後,主動聯系兵工部門,建立合作關系,繼續指導他的集體完成了桿式彈穿甲相似律研究,並且提出了桿式彈的穿甲模型,這個模型抓住了彈頭在孔底邊進邊碎的特點,引入碎渣作為彈靶作用的中間過渡體,從而改進了國際流行的Tate公式。他全面而又完滿地解決了破甲相似律、破甲彈金屬射流失穩拉斷機理、射流侵徹金屬裝甲和非金屬裝甲的機理等一系列問題。他分析了記錄破甲彈射流的變形、頸縮和斷裂的X光相片。在1977年發表的論文中,巧妙地採用量綱分析和解析方法給出了射流失穩斷裂的計算公式,證明了射流高速段的失穩是空氣動力作用的結果,而低速段的失穩則和射流材料的強度性質有關。國際上同一年也發表了射流失穩的文章,但隻討論了低速段,而證明手段用的是數值方法。1975至1977年,他建立了一個描述金屬裝甲破甲機理的流體彈塑性體模型,指出金屬材料的慣性和強度起決定作用,而可壓縮性和相變影響可被忽略。據此理論,他提出了一個比流行的Eichelberger公式更符合實際的計算侵徹速度的公式。1981年,他的集體又在記錄纖維增強復合材料的侵徹過程的X光照片上,發現孔底附近孔壁發生回縮的重要現象。他們分析判斷材料發生了熱裂解,于是進一步組織專門實驗和理論分析,建立了流體彈塑性加熱裂解的侵徹模型。上述工作有力地指導了兵工部門的研製和設計工作。

鄭哲敏十分關心爆炸事故和災害對人民生命和財產所造成的損害,從80年代初期,他便開始組織氣相燃燒和爆炸、粉塵燃燒和爆炸的研究,接著又組織煤和瓦斯突出、森林火災的發生和防治等課題的研究。煤和瓦斯突出這類事故在我國煤礦中頻繁發生,嚴重威脅著工人的生命安全和煤炭生產。由于現象復雜,世界上主要產煤國家長期研究其發生機製而得不到解決。鄭哲敏出于對勞動人民的真摯感情,決心攻克這個難關。他在1982年的中國力學學會第二屆理事會上發表了《從數量級和量綱分析看瓦斯突出的機理》一文,對我國歷年發生的大型突出事故從力學角度作了分析和估算,認為突出的主要能量來源于煤層中的瓦斯,而地壓隻是觸發煤層破壞的條件。他指導的集體在1987至1989年連續發表文章,從室內模擬和理論分析兩方面不斷展開他的想法。他們的室內實驗證明了,在一定條件下會發生恆速推進的自持突出;同時還建立了關于兩相介質的滲流破壞的簡化模型,定性地揭示了突出的主要過程和特征,並且為一個重要的實用突出判據提供了理論說明。

鄭哲敏對于爆炸和沖擊過程中出現的失穩現象特別有興趣。除了前面提到過的高速射流的拉斷失穩問題外,在高速變形固體材料內部發生的絕熱剪下以及兩塊金屬在爆炸復合時產生的波狀介面現象等穩定性問題上,他都作過深入的研究。在這些工作中,他總是立足于收集和分析實驗資料和資料,除了巨觀現象以外,還深入考察金相微觀現象,從中選擇主要參數,分析彼此間的因果關聯,然後再提出理論模型。

從上述工作中,不難看出鄭哲敏堅持貫徹學以致用以及理論與實踐一致的原則,他始終著眼于具有重要實際意義的課題,他常說:科學研究不應滿足于寫幾篇論文,他的大多數工作都要做到能為工程界接受和使用的程度,從而得到工程師的承認。他不僅擁有固體力學和流體力學的深厚功底,而且具有敏銳的力學洞察力,在復雜的實際問題面前,他能很快抓住關鍵的力學問題。他強調實驗觀測,特別註意觀察自己的實驗結果,從中發現主要特征,建立理論模型。在他的集體中,往往在研究的第一步就需要研製觀測儀器,而且最先得到的科研成果並不屬于問題本身,而是一種新儀器。他是量綱分析的專家,在爆炸力學中提出了很多現象的相似律。在理論分析方面,他強調巨觀和微觀結合的方法,並且善于提出簡單而實用的模型和理論。他的科學實踐很好地體現了近代套用力學學派的風格。

鄭哲敏在爆炸力學學科的發展方面作出了廣泛的貢獻,它們是:

(1)在聲學理論方面,有薄板在水下爆炸擊波作用下的變形理論;

(2)在爆炸後期效應方面,有高速射流的準定常侵徹理論、爆炸成形後期的第二次載入理論以及爆破的鼓包運動理論等;

(3)提出了反映爆炸和沖擊問題中的高速、高壓和高溫特征以及慣性與強度相互耦合效應的流體彈塑性體模型和多種套用理論;

(4)提出了多種爆炸和沖擊的相似律;

(5)提出了多種耦合運動的理論,包括兩種物體的耦合運動以及同一物體中流體性質和固體性質相互影響的耦合效應的理論;

(6)在穩定性問題方面,有射流拉斷、介面波、絕熱剪下等理論。

鄭哲敏在他進行科學研究的同時,註意推動爆炸力學在國內的發展和人才培養的工作。他團結和組織了國內的同行,組織起了爆炸力學專業委員會,辦起了《爆炸與沖擊》雜志,定期召開了全國性和國際性的學術會議。他在中國科技大學創辦的爆炸力學專業已為國家培養了一批批的從事爆炸工作的人才。

製訂力學規劃

製訂遠景規劃

1956年,我國製訂了12年科學技術發展遠景規劃。鄭哲敏以年輕專家助手的身份參加錢學森主持的第一次全國力學規劃的製訂工作。

1977年,鄭哲敏主持製訂了中國科學院的力學發展規劃。1978年,鄭哲敏又第一次作為主持人之一,組織了製定全國力學規劃的工作。他在會前作了充分的準備,組織了一個班子研究力學史,把握力學發展的趨勢,明確了20世紀以前的力學曾經推動了第一次工業革命,但理論研究與生產的關系並不十分密切,力學始終是一門理論性很強的基礎學科;然而20世紀的力學發展則緊密地和套用技術的進步結合在一起,套用力學成為力學的主幹。20世紀上半葉,以L.普朗特(Prandtl)、馮·卡門、泰勒為代表的力學大師們為發展航空以及在第二次世界大戰期間為闡明火箭、核子彈爆炸原理等方面解決了一系列力學問題,產生了空氣動力學、塑性力學等新的分支學科。在此期間,理論力學也有很大進步,表現在理性力學、攝動理論等方面。

創造一個團結、活躍的氣氛

在這次規劃會上,鄭哲敏遵循團結協作、實事求是、求同存異、各得其所的原則,努力為會議創造一個團結、活躍的氣氛。來自各個方面的專家們各抒己見,認真地總結歷史經驗,結合我國建設的長期發展需要以及國際上力學發展的現狀和趨勢,對力學這門學科的性質和內容進行了熱烈的討論。經過反復醞釀和協商,取得了統一的認識:力學是眾多自然科學學科和工程技術的基礎,既是基礎科學,也是技術科學。 鄭哲敏非常關心一些薄弱環節今後的發展。早在60年代初,他已深切認識到固體材料的力學性質在固體力學中的基礎和核心的作用,而我國在這方面的研究工作卻相當落後,嚴重影響了新材料和新工藝的發展與使用,以及對實用結構進行精確的力學分析。

對問題的立項進行了不懈的努力

在這次會議中,他對這個問題的立項進行了不懈的努力。在研究途徑方面,他強調金相觀測,走巨觀與微觀相結合的道路,這條道路符合當今世界的發展潮流。流體力學中最基本的問題當推湍流機理,過去我國隻有為數很少的幾位科學家在這方面進行著艱苦的工作,鄭哲敏深深體會到這一問題的重要性以及它的困難程度,應該在規劃中把它放在重點的位置上,才能得到廣泛的支持。此外,鄭哲敏對理性力學和套用數學的發展也十分關心,他認為過去我國的力學工作片面強調套用,忽視理論分析,更看輕了分析方法以及理論基礎的作用,在這次規劃中也應該有它們的地位,才能確保力學學科的均衡發展。通過與會專家們的共同努力,終于在規劃中確定了14項重大課題,其中第一項屬于固體材料的力學性質,第二項則是關于湍流機理。為了支持這兩個重點項目,鄭哲敏代表力學研究所承擔了有關任務,並親自籌劃建立了材料性能研究室,同時請談鎬生領導建立基礎力學研究室,分別展開了研究。

破壞規律環境力學等研究

組織和指導海洋工程力學材料變形和破壞規律環境力學的研究

鄭哲敏一貫遵循現代套用力學學派的傳統,以解決重大工程技術問題為己任。他主張:“力學研究所應是以基礎性研究為主體的研究所,它的選題應該密切結合國民經濟發展的需要,應當高水準地、創造性地滿足這一需要。”他又認為,中國科學院應當發揮多學科綜合性優勢,組織協作研究,切實解決國家建設中的重大實際問題。他始終註視和關切國家建設的需要,通過出差、考察、參加學術會議等活動尋找和醞釀研究課題。到了70年代後期,在他負責力學研究所和中國力學學會的工作以及製訂中國科學院和全國力學規劃期間,發起、組織了海洋工程力學、材料變形和破壞規律以及環境力學等項國民經濟中重大的中長期的綜合性力學問題的協作研究。在80年代中取得了一批豐碩成果,並且已經形成全國性的、穩定的研究隊伍。

組織海洋工程力學的研究

70年代中期,我國開始開發近海採油工業。鄭哲敏註意到能源短缺嚴重影響了我國的現代化建設,認為力學家在這方面應該大有可為。1977年,錢壽易向鄭哲敏提出開展海洋土力學研究的建議。不久,林同驥也提出應組織力量研究海洋水動力學問題。鄭哲敏認為,力學研究所有條件把流體力學、結構力學和土力學等各方面的專業人才組織起來,發揮各自的特長,綜合地解決從大氣與海水、海浪與結構、直到結構與海洋土之間一系列的相互作用問題。1983年,鄭哲敏組織力學所專家到渤海和南海訪問海洋石油公司,進行實地調查和了解,繼而組成考察團到挪威、英國的有關部門進行海洋工程方面的考察。經過反復醞釀,向中國科學院提出了系統研究海洋工程力學的建議。第六個五年計畫期間,中國科學院和力學研究所分別對海洋工程研究做了專項支持,使海洋工程研究在錢壽易的領導下,聯合有關研究所,首先在海洋工程地質考察和評價方面取得重大進展。1987年,成立了中國科學院海洋工程科學技術研究中心,鄭哲敏擔任中心主任。另外,由林同驥牽頭,承擔了七五國家科學基金重大項目--“海洋工程中的力學問題”的研究。經過1987至1991年的大力協同,在海洋石油部門的密切配合下,完成了全部研究任務,有力地支持了近海石油的開發工作。目前,鄭哲敏又繼續負責中國科學院八五重大套用項目“海洋工程的安全、防護及海洋環境研究”。

組織材料變形和破壞規律的研究

鄭哲敏十分重視固體材料力學性質的研究,他認為,隨著當代數值計算能力的加強,固體力學應當更加重視材料力學性質的研究。早在60年代,他就領導了一個研究組開始研究材料在沖擊載荷下的變形和破壞。70年代初,他邀請陳篪到力學研究所作了斷裂力學的專題報告。以後又在1978年他所主持製訂的全國力學規劃中,把材料力學性質的研究列為14項重大課題的第一項。並且,為了實現這個規劃,他身體力行,規劃會一結束,即在力學研究所建立了專門從事這項研究的研究室,展開材料動態力學性質、材料的本構和斷裂與細觀結構之間關系等研究。接著,他又在中國科學院內,聯絡力學所、金屬所、固體物理所、腐蝕和防護所等單位,發起和組織院內大協作,承擔了中國科學院七五重大基礎項目“材料的變形、損傷、斷裂行為的機製及其力學理論”的研究,他們圓滿地完成了任務,在絕熱剪下帶、變形與斷裂的分子動力學數值模擬,單、雙、三晶的變形與斷裂行為以及在疲勞與蠕變的互動作用機製等研究中,都作出了開創性的工作。

考察了加利福尼亞州的水資源

組織環境力學的研究鄭哲敏多次出差大西北,給他留下最深刻的印象是西北缺水,那裏是大片黃土或戈壁灘,很少綠洲。如果接連幾天下雨,光禿的土地留不住水,經過大水沖刷容易形成土石流,沖毀鐵路和房屋。為此,鄭哲敏心裏一直感到不安,經常考慮如何解決這一問題。1983年,鄭哲敏在中國科學院技術學部大會上專心致志地聽取了水利和能源部門有關水資源的報告,會後又仔細閱讀了大會的文集。1984年他應邀訪美時,特地去考察了加利福尼亞州的水資源,收集並帶回有關加州水資源的分布和治理的詳細資訊。之後,他兩次組織科研人員去西南和西北考察自然環境。1985年,在中國科學院院長盧嘉錫主持的所長會議上,他正式提出力學應面向地學的觀點。1986年,在他為力學研究所製定的主攻方向中,把農業、國土整治及環境科學列為其中的一項。並于1987年和1989年兩次邀請中國科學院內地學界的主要研究單位和專家,舉辦環境和災害流體力學研討會。1988年,力學研究所又成立了環境力學研究室。現在,我國的力學界已經和地學界建立了協作關系,共同朝著發展環境力學的方向邁開了堅實的步伐。

開展基礎研究

組織中國科學院力學研究所非線性連續介質力學開放研究實驗室開展基礎研究

鄭哲敏認為:科學院不抓基礎研究是站不住腳的,力學的基礎研究應該成為力學研究所的一個主攻方向。

經過他多年的醞釀和準備,在中國科學院的領導和所內外專家的支持下,1988年6月正式成立了力學研究所非線性連續介質開放研究實驗室,這個實驗室的研究方向和內容是:研究探索連續系統動力學中的非線性效應,特別是下面幾個具有重大套用前景的課題,即固體材料的非線性力學性質、湍流與穩定性、非線性波理論、分離與旋渦,以及環境與災害力學中的若幹基礎問題等。

實驗室徹底實現開放的性質,邀請國際、國內知名科學家擔任學術領導,吸引所內外專家,特別是年輕的博士或專家來室工作。目前客座研究人員已佔全體研究人員的80%以上,35歲以下的青年人則超過40%。

開動和啓發創造性思維

鄭哲敏在組織這個實驗室的研究工作中,刻意創造濃厚的學術討論的氣氛,定期組織有關開題、進展和成果總結的學術會議,以及有計畫地組織邀請最新方向的綜合或專題學術報告。他認為經常召開學術會議,進行短兵相接的討論,最能開動和啓發創造性思維,很多題目和構思是在熱烈的爭辯中形成的,他經常參加這類活動,踴躍提問,對揭露矛盾和引導青年起到積極作用,他在課題審批方面註重學科上的先進性,以及研究者的實際能力,他主張重點扶植已經作出成績的青年學者,為他們創造更好的工作條件,選送他們出國考察和交流。

帶動了我國科技和社會的進步

這個實驗室成立三年來在固體材料的力學性質、流體的非線性現象和環境流體力學的基礎問題三方面已取得了一批可喜的成果,在國際和國核心心刊物上發表了58篇論文。實驗室已形成一批中年學術帶頭人,他們的工作已引起國際學術界的重視;也涌現了一批優秀的青年專家,組成了優秀人才的梯隊。

鄭哲敏認為這個實驗室已經有了一個良好的開端,已經在力學發展前沿的幾個方面組織起一個有生氣的隊伍,今後發展的關鍵是貴在堅持,保持穩定,決不可急功近利,見異思遷,奮鬥十年、幾十年,一定能在力學界躋身國際先進行列,一定會帶動我國的科技和社會的進步。

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