朱兆祥先生和他的《材料本構關系理論》
朱兆祥（1921-2011），力學家、教育家和科技事業活動家。中國科學工作者協會和中華全國科學技術普及協會的早期組織者，協助錢學森創建了中國科學院力學研究所。從事爆炸力學和沖擊動力學的研究，在應力波的傳播及其引起的損傷和屈曲以及高分子材料的非線性本構關系等方面作出了貢獻。在中國科技大學，建立和發展了我國第一個爆炸力學專業。是寧波大學的創建者。
材料本構關系在力學中的重要性
材料本構關系在連續介質力學發展中的重要性怎么強調也不會過分。回顧一下力學的各基本分支學科的形成和分類，如一般力學（剛體力學）、流體力學、固體力學等，實質上不正是以本構關系的不同而相區分的嗎。如果說連續介質力學控制方程組中的質量守恒、動量守恒和能量守恒方程反映了各力學分支學科的普遍共性的話，那么材料本構關系則反映了這些基本分支學科各自不同的特性。
相應地，連續介質力學常常隨著材料本構關系的研究進展而發展。經典彈性力學是建立在小應變下材料遵循線性可逆Hooke定理（率無關本構關系，可逆熱力學）的基礎上的。但隨著時代的進步，大量實際問題的解決已不再是經典彈性力學所能回答的了；各種現實問題一方面對于大變形的刻畫（幾何非線性）、以及大變形下本構關系的刻畫（物理非線性）提出了挑戰；另一方面又對包含耗散過程本構關系的刻畫（塑性耗散，黏性耗散，率相關本構關系，不可逆熱力學）提出了挑戰（如彈塑性、黏彈性、黏彈塑性、熱黏彈性、熱黏彈塑性等）。何況應變和應力本身是張量，更進一步增添了數學上和物理上的復雜性。然而再復雜的各種本構關系，也都要遵循一些共同的基本規律，例如：客觀存在的材料本構關系應該與參考標架的選擇無關（標架無關原理或客觀性原理），以及滿足熱力學第一定理和第二定理等等；為了在諸多復雜因素中抓住主要因素，也需要作一些合理的簡化假定，例如：假定質點的行為只由其附近很小的鄰域中的運動歷史和溫度歷史所確定（局部作用原理），以及假定材料對于較久遠的歷史易于遺忘（減退記憶原理）等等。正是這些實際需求和學術上的復雜性，促進了現代本構關系理論的發展，進而推動了連續介質力學新學科分支、多本構關系學科和跨學科分支的發展。事實上，這些年來一方面以新材料本構關系為特征的新學科分支如高分子力學、復合材料力學、冰力學、相變材料力學、納米力學等等不斷涌現；另一方面，以探索材料本構關系物理機制為目的的位錯力學、損傷力學、多尺度力學等等也不斷涌現，無不與材料本構關系密切相聯系。無疑，這一發展趨勢仍將繼續著！
我國材料本構關系理論的先驅者朱兆祥先生
朱兆祥先生是我國在材料本構關系理論進行研究和教學工作的先驅者。他很早就洞察到這一發展趨勢，并率先投身于此領域。在1956年協助錢學森先生創建中國科學院力學研究所時，他的主要工作是錢學森所長任命的力學研究所學術秘書，但同時還參與塑性力學組的研究工作，與李敏華先生和王仁先生等共同推進塑性力學在我國的啟動和發展。1958年由科學出版社出版了他的譯著《非線性彈性力學基礎》（原著：諾沃日洛夫,1948），給我國力學界提供了第一部這方面的著作，也說明他早就開始關注以非線性本構關系為特征的力學的發展。
隨后，他被調離力學所去中國科技大學任教，他仍在逆境下鉆研材料本構關系的基礎理論—理性力學。我曾經讀過他在那時期寫的一篇隨筆《初到科大》（未發表），其中除了發人深思的一句話“世界上只有教不好的老師，沒有教不好的學生”外，還欽佩他在那樣的逆境下刻苦鉆研的韌勁：“……從圖書館借來Clifford Truesdell主編的《理性力學和分析》雜志（Archive for Rational Mechanics and Analysis），重新開始由于反右而中斷的《彈性和流體動力學基礎》的翻譯。這位作者，錢學森叫他‘神經病’。在20世紀50年代的美國力學界中風傳著一句話‘凡是搞理性力學的人，都是最沒有理性的人。’我在坎坷的困境中，竟終日沉湎在‘沒有理性’的人群的魁首所寫的理性力學中……”。
改革開放迎來了科學研究的第二春，也在全國掀起了新一波的學習高潮。1978年恢復招收研究生和高考后，朱兆祥先生在中國科技大學親自為爆炸力學專業的研究生和本科生先后開設新課程—材料本構關系理論（現代連續介質力學），領全國高校之先。聽課的不僅有研究生們，連爆炸力學教研室的教師們幾乎都參加了。他認為在學生的課程設置上應該堅持“基礎寬厚”、“起點要高”的原則，以利于培養具有創新性的人才。他把《材料本構關系理論》列為中國科技大學力學專業必修課之一。此后，還先后應邀去中國工程物理研究院、中國科學院力學研究所、核防護研究所、北京理工大學、吉林工業大學、全國應用數學和力學講座等處，以此課程內容進行專題講座，使這門新知識在全國得到廣泛傳播。凡聽過朱先生講課的人都有一個共同感受：他常常親自準備講義（早期還自刻蠟紙印刷），授課時則重點突出、刪繁就簡、由淺入深、深入淺出、聯系實際、引人入勝。可惜的是，他在中國科技大學任教期間先后開了十幾門課、編寫了數百萬字教材，卻一直由于他堅持嚴謹態度而未能正式出版。
《材料本構關系理論講義》出版始末
2003年末，我高興地收到中國科學院力學研究所圖書信息中心負責人朱濤來信，說力學研究所想將朱兆祥先生的《材料本構關系理論講義》出版，朱先生本人已表示同意，希望我能夠參與整理。聯想到錢令希老先生也曾經囑咐過我這件事，我當然義不容辭；并推薦多年從事理性力學研究的、錢偉長先生高足沈利君共同進行校核整理。朱濤考慮得很周到，為便于校核，先安排專人把講義文稿和附圖（1983年長春版）轉錄成電子Word版。2004年八九月間我們收到了全部電子文本，開始進行校核整理。歷時約一年，第一校完成。2005年8月沈利君攜《一校稿》赴京向朱先生作了匯報。是年10月朱先生回寧波大學時，還專門找我們兩人討論了書稿事。朱先生非常嚴謹認真，總想在正式付印前，再由他自己從頭到尾審核一遍。然而，此后朱先生的健康情況發生明顯變化，愈來愈力不從心。在他2006年4月5日給我的信中，以潦草抖動的字跡寫道：“……這半年零一些的日子里，家人多不讓我上街，也使我感到十分苦悶。最苦悶的是在目前形勢下，我不被家里人準許到力學所處理我們的文稿。我希望這條禁約被較快地解決。”我明白他所說的“我們的文稿”就是指準備提交出版的《材料本構關系理論講義》的校稿，他把它看成是“我們的”，朱先生就是這樣一貫地謙待學生輩。其實鄧爽老師附信說：“……他現在記憶力較差，耳朵‘背’，我們擔心他自己上街搞不清路線，或聽不清過街車信號，怕出事故，所以既或他不十分情愿，我們還是說服他，每次出門總有人陪伴。至于去所里工作查材料，從來都有人陪伴。他苦悶，那是他不夠理解我們的用心……”。彈指一揮間，直到2011年11月28日朱兆祥先生與世長辭，他遺憾地未能實現對書稿再親自審核一遍的愿望。
現在力學研究所決定正式出版朱兆祥先生的《材料本構關系理論講義》書稿，我們懷著崇敬的心情對書稿作了第二次校對整理。鑒于朱先生已經故去，書稿基本上保持朱先生原稿內容和章節安排，除個別明顯的筆誤和印誤才幫他修正；也基本上保持朱先生原稿的獨特風格，僅統一了全書文字和圖中的符號。書中的“第七章 彈塑性”，按照朱先生生前囑咐，請黃筑平教授作了校核。
與20世紀70年代末朱先生首開《材料本構關系理論（現代連續介質力學）》時的情況相比，國內目前在這方面的教學和研究已有長足的進展，也出版了多部精彩的大作。但這些絲毫不會影響朱先生這本著作的出版價值。朱先生本人是爆炸力學專家，書中“第六章 彈性”的第二節“熱彈性流體”實際上講的正是爆炸力學中高壓下流體動力學本構模型；緊接著還導出了具有實際應用價值的、著名的Mie-Grüneisen狀態方程，體現了本書把準靜態與沖擊動態相結合、統一演繹的特點。朱先生本人還是新的一類弱非線性熱黏彈性本構方程（被稱為“朱-王-唐方程或ZWT方程）的創建者，書中的第八章對此有嚴格的理論推導和實驗證明，不失為本書的創新點之一。凡此種種，都說明本書是一本簡明深入、富有特色的著作，尤其適合那些見到大部頭著作可能會望而生畏的初學者，一旦入了門，再去研讀大部頭著作就比較容易了。
愿本書的出版再一次深深寄托我們對朱兆祥先生的衷心崇敬和綿綿懷念！
王禮立，沈利君
2013年7月于寧波
本文摘編自朱兆祥著《材料本構關系理論講義》一書后記。文中標題均為編者所加。《材料本構關系理論講義》是根據朱兆祥先生自上世紀七十年代末以來長期講授“材料本構關系理論（現代連續介質力學）”的講義整理而成，簡明深入，尤其適合初學者入門使用。全書共8 章。第1 章是張量和矩陣，第2 章是運動和變形，第3 章是動力學分析，第4 章是變形熱力學，第5 章是本構方程的一般原理，第6 章是彈性，第7 章是彈塑性，第8 章是黏彈性。本書既側重基礎，又反映作者在結合爆炸力學應用研究方面的成果，獨具特色。
材料人與科學出版社推出聯合薦書專題，持續向讀者推薦經典材料專著，通過對書籍精選內容的剖析拋磚引玉，如果您有優質書籍推薦，請聯系tougao@cailiaoren。com，您可以通過掃描下方二維碼直接購買此書。
本文由微信公眾號科學出版社（ID:sciencepress-cspm）授權轉載，由材料人網大城小愛編輯整理，材料人專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。
文章評論(0)