春华秋实,丹桂飘香,六十功成光辉耀眼,是先辈砥砺前行的果实;
与时俱进,求是创新,力学之树枝繁叶茂,扎根于交叉融合的土壤。
浙江大学工程力学系成立60周年庆暨力学学科发展与交叉力学研讨会在邵科馆117报告厅顺利召开,杨卫院士在研讨会上发表了名为“交叉力学,无垠的疆域”的主题报告。
一次普通的杨公堤散步,杨卫一行人交谈出“交叉力学”的灵感,而 “X-mech”的思想亦将于不久后Science China见刊。杨卫提到,交叉力学是力学学科具有包容力的新生长点,并赋予力学固有领地新的高度和广度。国家引才目录中提及,力学横跨理工,是研究万物之间交叉作用的科学,力学是交叉性最强的学科。在理科方面,力学与数、理、化、天、地、生均有交集;在工科方面,力学在机械、材料、航空航天、土木、电机、数据与计算、生物医学等领域均有运用。
交叉力学中心的研究包括介质交叉、层次交叉、刚柔交叉和质智交叉四个方面。
介质交叉指的是固体与液体的交叉,又称软物质,通过化学原理改进其力学性能,可以制备水凝胶、大脑、肌肉,甚至可用于模拟和评价社会韧性。水凝胶可以是1-3维的固液复合物,大部分由水组成,通过化学反应得到的具有高韧性、光学、电磁学等性能的水凝胶可以在超重力实验中进行测试。肌肉之间的连接和发力机理,神经突触与液相的脑环境的作用都是生物力学中的介质交叉。在大脑的神经突触中,信号总沿着神经扩散,从力学角度看是一个向量,在收到刺激时,突触可以膨胀,而突触新的连接就是创新。精神与物质的相互演变。社会韧性是指受到损伤变形和适应的能力,也是双层的软组织网络。流体是表达社会关系粘度的弱网络,国家架构是社会的强网络,社会分化是软组织中的相分离区。对社会引入长度有关的缺陷,研究其对损伤变形的抵抗和重建过程中的韧性有利于社会的稳定。
层次交叉是指分层或多层结构分析。杨卫举了个例子,人眼是多层不断交互迭代给出正确信息,用到了深度数据分析。人工智能经过3000层深度学习已经实现了精准面部识别,而同样的计算方法可以打破原有从宏观、细观、微观电子云、分子动力学、第一性原理的单向串型思维,将机器学习与分子动力学相结合,针对不同案例选择合适的模拟手段。另外,不同尺度不同方法的数据结合也是层次交叉的研究范畴,如交叉力学中心目前已经投入使用的4D-TEM杆子,将样品在透射电子显微镜中旋转,并进行三维重构研究物体的三维形态和演变过程。
而刚柔交叉包容了正在蓬勃发展的柔性电子器件,而质智交叉是大热的人工智能与物质之间的交叉,杨卫展示了交叉力学中心正在进行的柔性机器人,柔性鱼、柔性驱动机械手等研究和取得的成果。
最后,杨卫院士以“力是物体运动的原因”作为交叉力学研讨会的结语。正如总书记在两院院士大会上说,“力,形之所以奋也”,形而上或形而下,力都是使之演化的动力。而力学与其他科学之间的碰撞,相信也将推动力学在新时代的发展,成为力学进步的新动力。
图为杨卫院士在交叉力学研讨会上发言
1981年在清华大学获硕士学位,1985年在美国布朗大学获博士学位。2003年当选为中国科学院院士。2018年2月入选美国工程院外籍院士。现为浙大交叉力学中心主任。
杨卫长期从事断裂力学、细观与纳米力学、力电耦合失效等领域的研究,对机械故障和可靠性的多尺度建模以及在领导工程教育和研究方面作出重要贡献。
在断裂力学研究中,得到准三维裂纹尖端场的解析解,证明界面裂纹扩展可超越下瑞利波,激发了超高速界面断裂的研究。在细观与纳米力学研究中提出细观塑性理论。发展了连续介质力学与分子动力学之间的跨层次算法,模拟了从裂尖发射的原子点阵位错运行并转变为连续介质位错群。提出准解理断裂理论,解释了裂纹钝化后再出现解理的现象。提出电致断裂的非线性力学机理模型、畴变增韧模型和畴变电致疲劳模型,可以计算电场循环的裂纹扩展量,提出电致质流失稳模型。