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 中科院力学所

李敏华:中国塑性力学的开拓者

力学园地
2016年01月04日

编者按:119,李敏华院士离开我们已经整整两年了。为了纪念这位中国塑性力学的开拓者,特此发表先生的研究生毛天祥研究员撰写的一篇文字。



李敏华:中国塑性力学的开拓者


毛天祥





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献身力学、热爱生活的李敏华院




一、美国麻省理工学院机械系第一位女博士




1917112日,李敏华出生于江苏省吴县,幼年时曾在振华附小读书,以后随家人迁居上海继续学习。1935年,她从务本女中毕业后考入清华大学,抗战爆发后随学校南迁到昆明,继续在西南联大学习。1925年的“五卅惨案”、1931年的日本侵略东北三省以及1935年的“一二九”学生运动,都给李敏华留下深刻的印象,她决心以己所学报效祖国,并以“航空救国”为目标,成为联大新成立的航空工程学系的第一批学生。1940年大学毕业后,李敏华留在航空系任教,1944年她与丈夫吴仲华共同抵达美国,就读于麻省理工学院(MIT)机械工程系,并先后在1945年和1948年获得了硕士和博士学位,毕业论文分别是《用散射光弹解轴扭转》和《亚谐振动的解法》,都获得很好的结果。

那时的美国对妇女还很歧视,她在选读博士时,麻省理工学院机械工程系负责本科生的教授说:“我不能看到机械系有女博士。”幸好负责研究生工作的苏特勃教授支持她。在读博士期间,李敏华选修了热力学课程,肯教授在一次总结考试结果时说:“这次考题很难,很多人不及格,第一名考95分,是夫人。”30多年后, 1979年中国学者访问MIT, 她的老师还记得此事,并说:“一个小个子的女孩子打败了所有男孩子!”况且,当时李敏华已经有了两个儿子需要照顾,李敏华回忆说:“我之能够学成,是由于有学成后回国服务的坚定信念;也是和吴仲华帮助我照顾孩子和家务分不开的。”当李敏华终于成了麻省理工学院的第一位工科女博士时,波士顿报纸在报道该届麻省理工学院毕业典礼时提到:“中国的李敏华,几个孩子的母亲,证明妇女可以与男子一样,获得博士学位。”

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照片1. 李敏华获得博士学位后在麻省理工学院校园留影1948年)





李敏华在MIT攻读学位时,一边念研究生,一边照顾孩子。1975年她的小儿子病重期间,以及1988年初吴仲华肝癌手术后到1992年病故期间,她都是在一边工作、一边照顾病人中渡过的。李敏华用实际行动展示了她是如何处理学业、工作和家庭的关系,她不愧是妇女科技工作者的典范。



二、毅然回国开拓中国塑性力学研究领域



为了取得进行科研工作的实际经验,李敏华决定和吴仲华一起应聘到美国国家航空咨询委员会(NACA)的路易斯飞行推进实验室工作。她在强度研究室任研究科学家,进行塑性力学的研究。朝鲜战争爆发后,他们立即离开NACA转到美国布鲁克林理工学院(PIB)机械系工作,为回国做准备。其时,李敏华夫妇均已进入了科学研究的“如日中天”境地,李敏华发表了数篇NACA报告,还1950年秋举办的第三届塑性年度会议宣讲了重要论文《论应变硬化区中轴对称平面塑性应力问题》,从而奠定了她在塑性力学领域里的地位。鉴于学术上的成就,她被遴选为希格玛塞(Sigma Xi)学会的会员,这是优秀青年科学家才能够得到的一项崇高荣誉。尽管他们的工作性质很适合、家庭生活很富裕,而且有关方面一直要求他们加入美国国籍,然而他们没有忘掉自己学习工程的主要原因,因此决心回来建设祖国。但是,由于美国政府对在大学工作的中国理工科留学生的回国事宜横加阻挠,他们历经数年努力,尝试过出国参加学术会议、到印度等地找寻工作、争取联合国的亚洲工程项目以及赴港省亲等等途径,均未成功。最后决定以暑期旅欧名义出行,而且特地选择了星期日乘飞机离美赴英的方案,才避开了移民局的纠缠。19548月,李敏华一家终于离开了美国,绕道西欧、前苏联,并于11月通过满洲里回到了祖国。

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照片2. 李敏华一家绕道欧洲返回祖国的途中(1954年)



当时的新中国百废待兴,周恩来总理接见李敏华夫妇时亲切地讲道:“像你们这样年轻科学家夫妇,我国还很少,你们要好好工作。”这给了李敏华夫妇很大鼓励,他们也是一直这么做的。从1955年秋开始,李敏华以极大的热情投入了钱学森和钱伟长领导下的中国科学院力学研究所的创建工作,她作为高级研究人员担任了力学所设立的四个研究组之一的塑体力学组组长,成为我国塑性力学的开拓者。上世纪50年代中期,塑性力学在我国尚属空白,她便和王仁、杜庆华等学者一起,携手培育塑性力学的研究人才,在力学所精心组织塑性力学文献讨论会,通过集体学习方式,高效率地吸收国外科研成果和工作经验。参会者除了有关院校的著名学者外,还有力学所塑性力学组的年轻学子。李敏华特别安排年轻人参加文献调查和讨论会,使大家从实践中学到科学知识并了解做研究必须具备的科学态度和基本功。随后,李敏华在钱学森倡导成立的工程力学研究班以及中国科学技术大学力学系开设塑性力学课程,为我国塑性力学事业造就了一支中坚力量。


三、矢志不渝为航空航天事业奉献终身



??? 李敏华从年青时代起就立志理工救国,决心投身航空事业,并取得了一系列重要成果。


1. 独特构思有效地求解航空发动机强度问题


??? 上世纪50年代初,航空发动机强度是一个挑战性的前沿问题。李敏华卓有成效地将塑性力学应用于飞机发动机旋转盘的设计,为解决发动机强度问题做出了独特的贡献。她在NACA路易斯飞行推进实验室工作时,进行圆形薄膜在侧压作用下考虑材料硬化的塑性应力应变分析工作。她采用形变理论,通过无量纲变换和引进任意常数的巧妙构思,从而不需要迭代可得到精确解。在当时计算机尚不发达的情况下,这种可用于轴对称平面应力问题的方法是非常有意义的。对此美国学者斯托威尔评价道:“在求解应变硬化材料塑性应力分布时,几乎不能精确地求解。而对于轴对称问题,作者(李敏华)得到的解就属于精确的或近乎精确的解。……即使是在非常简单的圆孔薄板的一维情况,要同时满足协调方程、平衡方程、应力应变关系和边界条件,也不是一件容易的事。由于作者非常巧妙地引进了任意常参数,作者相当精确地满足了上述条件。”他最后说:“作者提供了一系列精确解的典范,这是她的特殊贡献。”回国以后,李敏华又通过计算对上述工作进行了推广,研究了材料的应力应变曲线对于塑性平面应力问题解的影响。相关的工作获1956年中国科学院自然科学奖(国家级)三等奖。



2. 研制试验航天烧蚀材料的瞬时加热加载装置

??? 1958年中国科学院以力学所为主成立了负责人造卫星运载火箭总体设计和发动机研制的第一设计院, 李敏华被聘为高级研究人员,她不仅参与了相关研究工作,甚至和年轻人一样过着集体生活。由于卫星回地时, 重返大气层会遇到高温高速气流冲刷, 需要研制耐烧蚀材料及燃烧实验装置,1959年李敏华作为研究室副主任,接受了筹建燃烧实验装置的任务。她提出了炽体引燃方法,在不到半年的时间内,课题组便在国内首次实现了驻点温度超过1000 的高温实验。科学院副院长裴丽生亲自带了化学所研制的抗烧蚀材料来做实验, 钱学森所长也带了力学所中层干部来参观。随后,在组织航天预研项目工作中,李敏华又亲自指导建立瞬时加热加载的材料试验机装置,