从工程生产中的事故反思工科教学与科研中的一些问题——谈工科教学与科研中的科学发展观.pdfVIP

从工程生产中的事故反思工科教学和科研中的一些问题 一谈工科教学和科研中的科学发展观 虞岩贵1 李志华2 (1浙江广信机电化工新技术应用研究院‘2浙江科技学院) 摘要：本文从分析工程和生产中所发生的一些事故出发，围绕着强度和寿命两大问题反思了加强基础学科特 别是现代力学的纳观、微观、宏观的疲劳、损伤、断裂、愈合的科研和教学的重要性；分析了各学科内在规 律和自身的特点，强调了各学科之问要统筹兼顾、交叉研究和交叉设计的重要性以及应用计算机沟通各学科 之间复杂关系的科学性；分析了各行业、各专业、各学科之间的关系，提出了机械行业是各行业中的基础地 位，往复回转机械是机械工程中基础机械，力学是工业工程中基础的基础，现代力学是发展现代先进工程技 术基础的基础之观点；分析了各种设施、机械、设备、器件之间的关系，提出了在地面上运转具有气缸的往 复回转机械，尤其是在厂房内运转的压缩机是高危机器的观点，还特别提出了关系到千秋大业和子孙后代安 全的三峡大坝要加强宏观断裂力学研究和科研投入的建议。最后对教育和科研行政部门，对学校和学会系统 分别提出各自的建议。 主题词：现代力学机械基础三峡大坝统筹兼顾 1前言 现代科学技术与工程应用的各个领域，从特大型的三峡水库电站的大坝，到微机底板和锌片；从100-200 米跨度悬臂起重机等巨型工程机械，到进入人体内做医学手术的微型机器人；从航空航天领域中的飞船、导 弹，到海洋领域中的轮船、潜艇；从磁浮列车，到高速汽车；如此等等，无不涉及到大型结构和微型结构的 各种机械、设备、器件、零件、元件材料的强度和寿命这两大课题。而大结构也好，微结构也好，涉及这两 大课题的主要学科除了用传统的力学计算外，还必须应用现代新的结构材料的纳米力学，微米力学，疲劳、 损伤力学和宏观断裂力学这些对国民经济具有重大意义并且至今已形成既已独立又有相互联系的基础性的 新学科或分支学科。国际上像美囡、俄国、英国、日本等国家都己不同程度地将上述新学科广泛地应用丁各 工程领域做现代结构强度与寿命的设计、计算、事故分析和安全评定工作。而我国，除了航空领域、某些汽 车行业的设计计算以及在役压力容器采用现代疲劳、断裂学科做安全评定计算分析外，绝大部分工程结构材 料的强度与寿命设计计算，都还局限于将结构材料作为均质材料而做传统的材料力学设计计算。根据作者近 几年来对国内某汽轮机集团公司、制氧机集团公司和重型机械制造集团公司、化工集团公司等多家特大型企 业的调查研究证实，既使以上各大型单位在设计、制造技术力量和技术水平上是全国享有名望的集团，可是 相当多的企业都还仍是沿用单一的常规的设计和计算方法。而且即使是在这些引进的软件中虽然都已具有疲 劳和断裂的设计和计算程序，但设计者多数都因不懂“疲劳一损伤一断裂”新学科的基本技术，也不了解传统 的《材料力学》与这些新学科之间的相互关系，往往都把它们当作高不可攀的学科而被拒之门外。因此，90 年代己出版的含有断裂力学性能数据的手册，对上述多数科技工作者都显得陌生，这不能不说是一个值得重 视的工科基础知识严重脱节的大问题。 2从工程生产中的事故看现代力学教学与科研中的一些问题 传统的材料力学是把结构材料假设为各向同性的均质材料进行设计计算；而连续损伤力学虽然考虑了材 料存在微缺陷削弱了材料的强度，但是，仍然以材料的有效面积计算其现有的强度。而现代细观(损伤)断裂 力学和宏观断裂力学却把结构当作含有缺陷(通称裂纹)并对局部的缺陷进行设计计算。所以，传统的材料 力学，在某种意义上说，可以理解为均质材料力学；而细观断裂力学可以理解为含微观缺陷的材料力学；宏 观断裂力学可以理解为含宏观缺陷的材料力学。传统的强度和寿命问题是把材料假想为均质材料而研究它的 强度和寿命问题：宏观断裂力学的强度和寿命问题，是针对含有宏观缺陷(裂纹)的材料来研究材料裂纹尖端 的应力强度和寿命问题；微观断裂力学的强度和寿命问题，是对含有微观缺陷的材料研究材料微裂纹尖端的 应力强度和寿命问题。自然界客观存在大型结构含有宏观缺陷，就必须有宏观断裂力学将宏观缺陷作为研究 对象的学科分支；自然界客观存在微型结构含有纳微观缺陷，就必须有纳微观断裂力学对纳微观缺陷作为研 究对象的学科分支，这是客观赋予的现代力学的学科分支。实际上不少工程机械、结构材料都具有纳观或微 观缺陷甚至宏观缺陷，而且大部分结构的承载状况都是在动载荷或疲劳载荷作用下运行。因此，单纯用传统 的力学进行设计计算，难以真实确定结构的受力大小，也难免带来事故