清华大学工程力学系教授  郑泉水

 

　　清华大学工程力学系破坏力学与材料本构理论研究室（简称FMCTR）是一个在国内力学界有很高知名度，并跻身于相关学科研究领域世界前列的研究团队。

 

    “破坏”一词作为对一个学科分支的形容或限定，可能容易产生歧义，如“破坏”的社会学含义就具贬义和主动性。破坏力学的英文词条为Failure Mechanics，可概括为研究物体构件如何在伴随变形为特征的机制下，由于力、热、湿、电、磁等的作用而失去其应有的功效。该词条的汉译最早见于日本，1977年黄克智教授和余寿文教授创立破坏力学研究室时，采用了该译法。

 

　　据西方国家统计，由于固体破坏所造成的经济损失高达国民生产总值的8-11%。其中一个较为典型的例子是美国“挑战者号”航天飞机，由于一个垫片的开裂，导致燃料的渗透，从而引发了在升空数秒钟后爆炸，七名宇航员和10余亿美元造价的航天飞机毁于瞬间。我们经常听到的重大事故还有像桥梁突然倒塌、飞机失事等等。这些引起公众巨大关注的灾难性事故多数就是由于某一关键构件的破坏所致。早在300多年前，伽里略在他的名著《关于力学和位置运动的两门新科学的对话和数学证明》中，就讨论到了固体的破坏问题，注意到了影响固体破坏的一些因素。如他指出：固体甚至会在自重下破坏。他写道：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”三个世纪以来，科学家和工程师们发展了许多不同的关于材料破坏准则的强度理论，最近半个世纪更是掀起了以断裂力学、损伤力学、细观力学等为代表的一波又一波的研究热潮。但上述现代重大灾难事故的例子说明该难题至今尚未能真正解决。研究固体的破坏，成为力学史乃至科学史上公认的最为困难的问题之一。

 

　　所谓材料的本构定律，是指材料的变形和引起变形的力之间的关系。广义而言诸如热、湿、电、磁等也可导致变形，故这些因素同样属于本构理论的研究范畴。本构关系往往依材料的不同而异，例如橡胶一拉就会发生明显的伸长，而石块在人的重压下却只发生肉眼难辩的变形。事实上，任何固体在力的作用下都会发生变形。以往，本构关系的研究，主要是针对已有的工程材料进行，因此，起决定性作用的是材料性质的实验测定。但自20世纪下半叶以来，至少有四个方面的因素大大促进了本构理论的研究。首先，由于材料的非线性性质起着越来越重要的作用，这时若缺少本构的理论研究，则实验测定测什么，都变得难于择定。从此本构理论成为力学研究方兴未艾的热潮。其次，材料的破坏，往往是材料的局部失稳、开裂等引发的，因此需要精细预知材料的变形局部场，从而不断要求提高对材料本构方程的准确描述。第三，计算机的迅速发展使得采用复杂本构关系成为可能。最后，材料科学的兴起大大促进了材料本构的研究，其主要目的之一是在材料的组成构元和分布等信息基础上，预报和设计具有特定表观或工程本构关系和强、韧性性质的新材料。

 

　　由于破坏力学和材料本构理论的上述紧密的内在联系性，本研究室1994年更名为现用名。研究室在黄克智院士的率领下，先后由余寿文教授(1977)、杨卫教授(1987)和郑泉水教授(1997)先后担当主任。现有正教授7名、副教授2名、博士后和研究生约50名。

 

    研究室成员相续在宏微观断裂力学、本构方程不变性研究、马氏体和铁电相变理论、细观力学和宏细观跨尺度方法、损伤力学裂纹尖端场、电致破坏力学、塑性应变梯度理论等方面，作出了一系列国际瞩目的贡献，走在国际研究的前列。在国际权威的力学年鉴“应用力学进展”和国际著名力学评论杂志“应用力学评论”上发表了体现自己研究水平的4篇专题综述长文。在国际固体力学影响因子最高的《固体的力学与物理杂志》上发表的论文数，近六年来在全球高校中居前五名。本研究室年度SCI论文数，也位列国际上各高校固体力学研究组的前十名以内。主持了从“六五”到“九五”的固体力学方面的国家自然科学基金的绝大多数重大项目。研究成果《裂纹扩展过程与断裂准则》和《固体材料的宏细观本构理论与断裂》均获国家自然科学三等奖，其中黄克智教授和杨卫教授分别为第一获奖人。获得了国际工程科学联合会首届（唯一）杰出论文奖（郑泉水为第一获奖人）。

 

　　由于在上述诸研究领域的持续显著贡献，清华大学工程力学系破坏力学与材料本构理论研究室（FMCTR）已成为国际上破坏力学和材料本构方程研究领域中的著名研究团队之一。拥有了一批国际水平和国际知名的学者，如黄克智院士现任国际理论与应用力学联合会理事、国际材料力学行为学会执行委员并曾任国际断裂学会副主席，余寿文教授现任国际断裂学会执委，杨卫教授任亚太断裂学会副主席、并成为国际力学最高学术组织“国际理论与应用力学联合会”五人评估组的成员之一。黄克智、余寿文、杨卫、郑泉水等教授现担任着《国际断裂杂志》、《国际材料科学研究》、《国际损伤力学杂志》、《应用力学与工程》、《材料与结构的疲劳与断裂》、《欧洲力学杂志》等多种国际著名期刊的编委或国际顾问。每年都有多位来自世界著名大学或研究所的知名学者前来从事学术度假访问和合作研究。

 

　　在黄克智和余寿文教授的带头下，研究室十分重视队伍的建设，培养并引进优秀年青才俊，鼓励和帮助他们担大纲，负责任，从而使年轻的一批学者迅速成长起来。在这种宽松开放的环境下，这支队伍创造了许多第一或独一无二。如黄克智院士获首届（香港）孺子牛金奖；杨卫和郑泉水是至今唯有的两名在力学上获中国青年科学家奖的年轻学者；杨卫教授第一个在力学上获国家杰出青年科学基金；郑泉水获国际工程科学联合会首届（唯一）杰出论文奖；以FMCTR人员为主体所构成的教育部破坏力学重点实验室1998年被评为该部数理方面重点试验室的第一名；在1999年首届全国优秀博士论文评比中，力学方面的两篇获奖论文均出自该研究室的学生之手。研究室有四人获国家杰出青年科学基金（杨卫、郑泉水、孙庆平、方岱宁）、两名教育部长江特聘教授(杨卫、郑泉水)。研究室还十分重视发挥在国外取得突出成就的华人年轻学者的作用，二人获得了国家杰出青年科学基金（海外）资助（黄永刚、高华健）、聘请了一名教育部海外长江讲座教授（高华健）。

 

　　三、FMCTR的学生培养和团队精神

 

        教研室同事把目光盯在国际力学研究前沿，目标是作出有国际影响的重要成果，由此而建立起国际一流的研究团队。同事们为此共同事业，进行着密切合作，发挥各自优势、扬长避短、相互帮助和提携。同事之间对各自在做什么研究都很清楚，经常在一块合作，尤其在指导研究生方面。我们的一个博士生有好几个博士导师共同指导是常有的事。每个导师发挥各自的长处，使学生能不断开拓新的领域，做出很好的研究工作。

 

     教师们频繁地参加国际学术会议和进行国外学术访问，每年也吸引了海外的教授来作访问和合作研究。上述广泛的国际学术交流和研究室本身二十多年所坚持的每周一次的讨论班，对营造和形成浓厚的、自由活跃的学术气氛，对研究室成员始终活跃在固体力学重要研究前沿，对学生严谨、认真、实事求是的学术风气培养，都起到了十分重要的作用。特别值得一提的是研究室自1977年创立以来就始终坚持的每周一次的讨论班。目前讨论班的报告人，海外学者所占约三分之一，国内兄弟单位的也有一定比重。具有了较高的学术水平和影响力。讨论班上无拘无束地进行着思想交锋、尊重个人而争辩学术。学生的报告尤其受到研究室其他老师的严格审查。讨论班上在老师们严历的提问下，学生被挂起来无以对答是很常见的现象。这促使学生必须对所研究的问题达到透彻地了解，必须对相关领域的研究也达到一定的深度。

 

　　上述因素以及导师们的严格要求，使得研究室的研究生培养，取得了显著成效。以该研究室为主要构成之一的清华大学固体力学学科《固体力学重点学科建设和高水平博士生规模培养》，1993年获得了全国普通高等学校优秀教学成果奖理工科唯一的一个国家级特等奖。又如到1997年，研究室的学生中产生了力学方面2位中国青年科学家奖获得者、5名获中国青年科技奖中的3位、10名获杰出青年科学基金获得者中的4位。

 

      在学术之外，研究室成员之间洋溢着一种家庭般、朋友式的温馨以及民主、协作的人文气息。同事及他们的家庭之间时常一起聚餐、出游、娱乐或锻炼，并在生活和经济等方面竭力互助。成员们各自独特的个性和爱好，在得到充分尊重的基础上，成为轻松快乐的不尽话题。研究室在人、财、物等方面的重要决定，均由责任教授会及每年一到两次的全体成员会议上民主决定。同时，各成员积极分担了研究室的各项事务。

 

　　总之，清华大学工程力学系破坏力学与本构理论研究室具有如下特色：浓厚的、自由、活跃的学术气氛；密切合作和充满活力的教师队伍；活跃在固体力学重大问题的最前沿；培养出众多的高水平力学研究人才；家庭般的温馨和人文气息等。力争不断地为力学学科的研究与发展和为高水平人才的培养作出显著成就，从而为清华大学建设世界一流大学作出贡献。