編者按:我國應用力學的興起始于上世紀50年代,而真正意義上的發展卻是改革開放之后。在各種機械、車輛、船舶、飛機、航天器和武器系統中,和各種建筑、橋梁和水利等工程結構中,力學上的性能和可靠性在近代研究中占據了越來越突出的地位。應用力學的研究范圍之廣令人驚詫,而它與生物醫學工程在技術上是相互融合的,但以此為一個研究門類卻并多見。1984年,我國第一個應用力學與生物醫學工程研究所的雛形由著名力學家楊桂通教授創建,并以此作為太原理工大學的力學研究主體單位,成為我國彈塑性動力學、沖擊動力學和生物力學研究的重要基地之一。固體力學學科是山西省第一批重點建設的學科之一,1986年被國務院批準為博士學位授予點。2005年生物醫學工程獲批一級學科博士學位授予點?,F擁有力學博士后流動站、"工程力學"二級博士點、力學一級碩士點。建有"材料強度與結構沖擊山西省重點實驗室"、生物力學實驗室、微納米實驗室和高性能超級計算仿真中心。
近30年來,太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所傳承使命,堅持創新,致力于把研究所打造為我國材料強度和結構沖擊領域高水平科學研究、承擔國家重大項目、解決行業重大難題、開展高層次學術交流的重要基地,在應用力學研究和創新上取得了豐碩成果。特別是近年來,該所在學科創始人楊桂通教授、首席學科帶頭人陳維毅、所長安美文的帶領下,為國防工程、企事業單位完成多項科技攻關項目,有力推動了地方經濟轉型跨越發展。
樹立專業方向 成就學界權威
力學不僅是一門基礎科學,同時也是一門技術科學,它是許多工程技術的理論基礎,又在廣泛的應用過程中不斷得到發展。隨著工程學越分越細,各個分支中許多關鍵性的進展,都有賴于力學中有關運動規律、強度、剛度等問題的解決。而隨著力學在工程技術應用方面越來越廣,力學研究的方向也愈加細化和復雜。在太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所,其研究方向的廣泛和深入幾乎讓不是工科出身的記者一頭霧水,但一看就是高端領域的科研攻關。
——研究方向一:爆炸與沖擊動力學及其工程應用。以爆炸與沖擊動力學為核心,以與工程應用結合緊密的新材料、新結構為研究對象,以解決為國家和山西省重大戰略目標需求為目標,重點開展材料動態本構關系、輕質新型材料與結構的動力學行為、爆炸沖擊波傳播機理、沖擊損傷與防護與航空航天、重大裝備等領域中動力學問題等方面的研究。
——研究方向二:非線性動力學。重點研究多種典型彈塑性、非線性結構的非線性動力學行為和新的物理現象、尋求各種非線性系統在外力干擾下通向混沌的途徑、研究非線性系統運動的規則區和混沌區、混沌帶現象的存在及其相應的臨界參數、典型彈塑性、非線性結構的動力屈曲問題、確定屈曲模態、臨界速度等一系列非線性特征及相關理論與實驗方法。
——研究方向三:跨尺度多學科中的力學問題及其軟件開發與應用。主要開展碳納米管及納米復合材料的力學性能與分子動力學模擬;微電子封裝結構中力-濕-熱耦合行為及其可靠性、 超輕質結構熱力耦合行為、光滑有限元分析程序設計與開發、工業裝備和大型工程結構的可靠性分析。
——研究方向四:生物體中力學-生理響應耦聯問題。主要開展與臨床相關的組織與器官生物力學的研究,涉及運動性骨關節損傷和治療、骨性關節炎治療和康復,眼球功能相關疾患的機理研究和治療的新技術、皮膚燒傷的瘢痕形成和治療機理等;植入式醫療器械的關鍵技術研究,開發心腦血管支架、脊椎支撐支架等先進植入式醫療設備,進行其智能變形結構的關鍵技術研究,以期獲得具有自主知識產權的創新性研究成果,打破國外高端技術壟斷,為我省醫療設備產業轉型升級提供技術支持。
不難看出,太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所在專業研究上幾乎囊括了力學和其他基礎科學結合產生的最常見的各種分支,而依托力學的基本構成,在生物醫學研究上的涉獵更成為其研究的特色。
據了解,目前該所有儀器設備總數58臺(套),主要用于金屬、非金屬、高分子聚合物、生物材料靜態、動態力學性能實驗測試,結構在外力載荷作用下產生的力學響應(位移,速度,加速度,應變和變形等)測試,細胞培養,細胞、原子受力測試,溫度測試等。
打造人才團隊 引領學術特色
人才是社會文明的領跑者,是社會發展的助推劑,是經濟發展的動力引擎。“科學技術是第一生產力,”而科學技術的發展離不開人才。在太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所,用“三顧茅廬”的謙虛和尊重引進人才,用“百年樹人”的思想孵育人才,用“海納百川”的胸懷聚集人才,以“不拘一格”的方法使用人才,成為該所30年來一以貫之的準則。
作為我國最早倡導并從事生物力學研究的學者之一,楊桂通教授為太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所積累下了豐富的人才培養經驗。也正因如此,近年來,該所一直把研究生培養作為工作的重要任務之一。近五年,該所共培養碩士研究生85名,博士研究生25名。此外,采用培養和引進相結合的原則,派有潛力和發展前途的年輕教師出國進修和訪問,同時引進國內外同行業的知名教授和學者前到該所作客座或講座教授。到目前為止,現有研究人員34人,教授12人,副教授10人,博士生導師9人,碩士研究生80名,博士生30名。其中“教育部新世紀優秀人才計劃”入選者1人,山西省“333”人才入選者1人,“山西省中青年拔尖創新人才支持計劃”入選者1人,“山西省青年拔尖人才”入選者1人,“山西省高等學校優先青年學術帶頭人支持計劃”入選者4人,“山西省高等學校優秀創新團隊支持計劃”入選者10人,山西省“百人計劃”專家5人。
正是依托強大的科研團隊,近年來,該所相繼承擔和完成國家重大研究計劃、國家自然科學基金等50余項國家級課題,為國防工程、企事業單位完成多項科技攻關項目,獲山西省科學技術獎(自然科學類)一等獎1項,二等獎7項,出版專著12部,發表論文被SCI、EI收錄300余篇次。
在近年來完成的橫向科研項目中,該所諸多技術突破和科學研究都為業界帶來了極大的震撼。其中,為國產多種型號戰機完成的座艙圓弧風擋鳥撞的實驗研究和計算機仿真項目為風擋的安全設計和研制新機型提供了有價值的數據;為西山礦務局“采煤裝置”的改進建立的滾筒式采煤機切割煤體過程的三維有限元模型,有效提高了采煤機塊煤率,減少了能量消耗;為梟龍(FC-1)戰機完成的駕駛艙彈射救生系統,使系統重量減輕了50%~80%,可靠性指標達到置信度0.9,可靠度0.98,多次成功的挽救了飛行員的生命;汽車和人體受側撞動力響應的實驗和數值仿真,成功解決了汽車制造防止側向撞擊的技術難題;礦用可移動式救生艙抗爆炸沖擊性能的有限元分析,進一步提出救生艙抗爆的流固耦合分析方法,為提高煤礦安全防護和應急救援能力提供科學理論……
結語:周培源先生說:“力學是關于物質宏觀運動規律的科學。”“只要自然界存在著機械運動,以及機械運動和其他各級運動形式的相互聯系,力學就永遠有無止境的研究課題,就永遠有無限光輝的前景。”對太原理工大學應用力學與生物醫學工程研究所,這正是他們奮進和求索的號角。