百年清华

——记我的导师黄克智院士

薛明德*（1963）

又是一个金秋?许许多多面带稚气?朝气蓬勃的大一新生从全国各地来到清华园?每当此时,我常常会回忆起1957年第一次踏入清华时的激动心情,想起在这里度过的人生岁月?清华不断进取?坚韧不拔的攀登精神,严谨求实的学术氛围,使每一个来到这里的青年人受到熏陶感染;而体现这种精神的,是教导?带领过我们的许多老师?其中,对我影响最深的是黄克智先生?

导师黄克智院士和薛明德教授（左）

黄克智老师在清华辛勤耕耘近半个世纪,为我国工程力学界培养了一大批优秀骨干人才?那是在1958年,为了发展中国自己的火箭?导弹?卫星,清华大学决定组建工程力学数学系?当时,作为清华派至苏联莫斯科大学数学力学系的进修教师,他经过三年夜以继日地刻苦攻读,取得了优异成绩;就在校方和导师批准他破格进行博士学位论文答辩前夕,国内在“大跃进”形势下,函召他立即回国参加建系?他的导师?国际著名力学家拉包特诺夫院士感到十分惋惜,希望他获得学位后再回国;但他认为祖国的召唤高于一切,毅然放弃了答辩的机会立即回国,全力以赴地投入了工作?就在那时,我所在的班由工程物理系二年级转到力学系,在老师们带领下边干边学,参与建立固体力学实验室的工作?

40多年过去了,清华力学系在张维?杜庆华和黄克智等前辈们的带领下,已发展成为在我国高校中名列前茅?教学科研并重?综合实力最强的力学系?1993年,作为学术带头人,黄克智所领导的固体力学重点学科在培养高水平学术骨干方面成绩卓著,获得了全国高校优秀教学成果奖中唯一的一项工科教学特等奖?这40多年来,黄先生曾先后担任过清华大学学术委员会主任?校务委员?工程力学研究所所长,国务院学位委员会力学学科评议组召集人,国家教委聘请的工程力学专业教学指导委员会主任委员?科技委委员兼力学学科组长,中国力学学会副理事长和《力学学报》主编?通过他的工作,为我国力学学科建设?力学教育以及提高我国力学界在国际上的学术地位做出了重要贡献?作为国际上知名的力学家,黄先生在弹塑性断裂力学?固体材料的宏细观本构理论?薄壳理论与压力容器强度分析等领域内取得了一系列国际公认的领先成果,先后被推举为国际断裂会议副主席?国际理论与应用力学联合会理事和远东断裂组织主席等?

在我的学生时代,黄先生是我们班同学最崇敬的老师之一;当时作为年轻的力学系中较为年长的老师,他曾为我们班开出过许多门在当时具有先进水平的力学课程;还给我们几个“因材施教”学生在课余另外讲授了《变分原理》这门课?有时我们问他一个问题,会带出他一系列关于这个问题的背景?依据?来龙去脉?公式如何一步步导出等等许多详尽而内容丰富的阐述,常常使我们这些学生惊叹与折服;有时甚至会想:为什么他的知识掌握得那么牢固直到十多年以后,我在他直接领导下工作时,才对他如何做学问有了比较深入的了解?

1963年我毕业后留在固体力学教研组工作?从1964年起国内政治气氛中“左”的东西就越来越多,批判苏联教育思想时,黄先生成了我系的重点?党内大会小会开了一次又一次,我对此很不理解,我不愿意违心地说我没有想通的问题,违心地跟着批判黄先生,于是开会时只好保持沉默?以后黄先生又下乡去“四清”,接着又是“文化大革命”,去江西农场劳动,直到1972年才回到学校?

我在黄先生指导下进行工作大约始于1974年?当时我国压力容器行业要编制中国自己的设计规范,对大部分章节的做法,都是在相同的结构设计条件下按几个不同国家的规范试算,哪个规范能得到折衷的结果就抄哪个规范,基本上不做什么研究工作?但对于石油?化工?热能?核能等许多行业中大量使用的列管式换热器的关键部件——管板,这种办法就根本行不通了?这是因为它的结构特别复杂,各种规范的计算公式都是对实际结构提出大量简化假定后推导得到的,简化模型不同结果十分悬殊,同一条件下设计厚度有时可以差几倍,这使工程师们感到无所适从,于是他们来清华请教黄先生?黄先生找了许多有关各国管板规范编制的理论依据的文献,对其中一项项假定是否合理?一步步推导是否正确,他都要逐一检查;在此基础上,吸收其中合理的成分,摒弃不合理的假定,重新推导更符合实际从而也是更复杂的计算公式?公式出来以后,他就和当时燕山石化总厂设计院的一位工程师一起,到房山去利用设计院的计算机调试与检查程序?那时候,清华大部分教师不是与工农兵学员一起“开门办学”,就是办学习班搞“大批判”;因为黄先生是权威,学习班不到场特别引人注目,他常常因为上房山算题而挨批评?但他却对能用自己的力学知识为国家解决一点实际问题非常着迷,并引以为乐?当我告诉他教研组让我参加他的工作时,他显得特别高兴,把他推导公式的手稿给我,让我从头学起?有一次我问一个国外规范的问题,他拿出一个硬皮的本子叫我拿去看?那上面是他从图书馆亲手抄的十来篇当时国外杂志上发表的文献,甚至一些曲线都用透明描图纸一一描下,还写着不少他自己对别人公式的推导与看法?在当时那种知识和知识分子处处被贬低?十分压抑的政治空气下,看到这个本子,想到在随时都会挨批判的情况下,他居然还能跑图书馆,静下心来看文献,我对黄先生的敬佩之心不禁油然而生?

我们的管板设计方法搞出来以后,经过对几百个实际换热器的计算,发现按我们的方法设计的多数管板,比较当时国际压力容器行业通行的美国TEMA标准设计的管板薄,而且直径越大薄得越多?于是我们就想方设法从制造厂寻找将要出厂的各种结构形式?各种参数的产品做实测;对于有的结构形式,实测应力分布与计算结果有差距,我们就检查计算模型中还有哪些实际因素没有考虑到,反复修改模型直至适用于工业中所有通用的结构形式?多次实验都证明了我们的方法远比美国规范正确?但是,要推翻美国TEMA方法,采用我们自己的方法作为中国规范,真是谈何容易每一次规范审查会我们两人和几位参加我们工作的工程师们都要进行详细的介绍,他讲理论,我讲实验结果,有时需要面对一些“老总”们进行“舌战”?这个方法经过我们的奋斗和许多工业部门的应用,从起步到成为行业标准中推荐使用的附录,到1988年成为法规性的中国国家标准,整整用了15年时间?直至1990年,世界各国从事这方面工作的同行们才在美国纳什维尔开会时提出:“该是重新认识TEMA标准的时候了”?我在那次会议上介绍了我们的理论与实验工作?中国的国家标准,并指出用我们的设计方法可以大大减薄大直径管板厚度,降低制造成本,已经在中国的上千家企业与设计院中得到应用?当我们的论文受到会议主席与许多国际同行的称赞时,我又不禁想起黄先生在起步时的艰难境遇?

圆柱壳大开孔接管问题是压力容器设计中一个十分棘手的问题,开孔附近有很高的应力集中,是许多压力容器事故的原发部位?直至七八十年代的各种压力容器规范中,为安全起见都只允许开小孔?为了解决这个问题,从40年代起,美?英?前苏联等发达工业国家花费许多人力?资金进行研究,试图寻找适用于更大参数范围的薄壳理论解,许多著名的力学家曾先后从事过这方面的研究?但由于解决这个问题需要联立求解2个8阶偏微分方程的复杂边值问题,力学与数学上的困难使开孔率的可解范围始终限制在0.3以下?还在“文革”期间,我们在从事压力容器研究工作的初期,就梦想着去攻下这个在力学界著名的难题?为此一方面收集国外文献,一方面黄先生将他以前关于薄壳基本方程?统一分类理论及分解?合成解法等方面的研究成果整理出来,在他给研究生讲课时,我作为助教一边帮助做些工作一边学习?在将近10年中,我们坚持不懈努力,不怕挫折,不畏几十页纸极其复杂的公式,由我与研究生各自推导一遍,再由黄先生亲自检查,甚至早期研究生编的程序他都和我一起逐行逐句地检查过,所有的计算结果需要和国外前人几百个实验结果一一核对无误,为此计算机的理论方案大的变动就有两次?艰苦的劳动终于有了成果,1995年,根据我们的理论与计算编制的设计方法与曲线成为中国压力容器行业标准中推荐使用的方法;1996年,我们在一家著名的国际杂志上发表的文章,被美国机械工程师学会授予该杂志每年一个的杰出论文奖?当我在国际会议上与从事这方面数值求解的一位英国的?一位美国的著名大学教授分别互相交流时,他们都不约而同地问道:你是否知道许多有名的力学家都没能在这个问题上取得成功你们为什么还敢于去做我说:是的,我知道;但这是我们在许多年以前就有的一个梦,我的身后有黄克智教授,他是中国最好的力学家之一?

每当回忆起与黄先生共同奋斗的岁月,面对所得到的成果与荣誉,我不会忘记黄先生给予我的帮助和扶持?记得“文革”中与“文革”刚刚结束时,我只是一个最普通的小助教,除努力干活之外,现在的许多年轻人已懂得去做的事,那时的我都不懂?记得在70年代末,与黄先生一起参加完一个审查我们规范的会议以后坐火车回校,黄先生说,你应当赶快把这些东西写成文章送出去发表?在一天多的火车上,他除吃饭?睡觉外一直不停地在写,火车快到北京了,他递给我一篇署有我们两人名字的草稿“评TEMA规范”,说:你去把它完成,把图?表?参考文献等补齐了寄走?这是我第一次发表文章?80年代初,当时的国家标准局筹建“全国压力容器标准化技术委员会”这一在该行业中的权威性技术组织,邀请黄克智教授作为清华大学派出的委员全国高校只有2位委员?黄先生却说,薛明德已经完全可以胜任这一职务,还是让她去做委员吧?当时我只是一个讲师,是十多个工业部门推举的20多位委员中资历最浅?年龄最小的委员,也是唯一的一个女委员?黄先生经常这样,利用一些邀请自己参加的国内外学术活动的机会,一次又一次地推荐了更需要声望的年轻人,使他们得以在学术界一展所长?

现在,虽然我已满头白发,自己也有了许多学生,早已独自承担了不少研究工作,但黄先生热爱祖国?热爱青年,对事业坚韧不拔?持之以恒,对科学实事求是?一丝不苟的精神,却永远是我学习的榜样?

* 作者为清华大学工程力学系教授