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中科院院士闻邦椿教授的学术成就

   日期:2008-06-18     浏览:575    
核心提示: 闻先生一生致力于教书育人工作,为培育高级科技人才进行了不懈的努力,付出了辛勤的劳动。曾讲授“选矿机械”、“机械振动学”、“工程非线性振动

 


    闻先生一生致力于教书育人工作,为培育高级科技人才进行了不懈的努力,付出了辛勤的劳动。曾讲授“选矿机械”、“机械振动学”、“工程非线性振动”、“振动机械的理论及应用”、“振动利用与控制”、“机械和结构的动态设计”等多门课程。除培养本科生外,己培养了49名硕士研究生、24名博士研究生,还曾指导4名博士后及俄罗斯和哈萨克斯坦访问学者各1名。他培养的学生已遍布全国各地,不少学生己在祖国建设中取得了显著成绩,有的已成为国内知名教授、研究员、博士研究生导师、高级工程师和技术专家,在科研、教学等方面取得了显著成绩,在国内外科学技术界初露头角。
    在科学研究方面,闻先生长期从事振动利用与振动控制工程、机械动力学与转子动力学、机械系统的非线性理论、机械故障诊断及工程机械的设计理论等方面的研究。40多年来,他以较大的精力倾注于具有重大应用价值的、机械学与振动学相结合的一门新学科“振动利用工程学”的有关科研课题的研究工作。在国内外杂志与论文集中发表学术论文300多篇,撰写或主编10部著作和论文集,研究成功十多种振动机械和工程机械,其中多种机械的技术指标达到国际先进水平。这些机械在我国各部门的成功应用,取得了重大的经济效益。   
    由于在学术上的成就,他获得了十余项奖励:在国际发明博览会上,他获得了发明博览会最高奖——个人发明“骑士”奖章和“尤里卡”国际发明金奖;他还获得国家发明奖一项和国家科学技术进步奖两项,省、部级科技成果奖和科技进步奖八项。他用多年时间写成的60万字的专著《振动机械的理论及应用》曾获全国优秀科技图书二等奖。他曾多次被评为辽宁省劳动模范和沈阳市特等劳动模范。
    闻先生还热心于国际学术交流活动,他曾应邀去日本、西德和澳大利亚讲学,还曾参加在前苏联、英、美、日、澳、加、芬、意、匈、保、捷、西班牙、马来西亚、新加坡及我国召开的20余次国际学术会议(曾多次被聘为国际会议分组会主席和作大会报告),宣读论文40余篇。筹备过3次国际学术会议,并担任国际会议学术委员会主席。
    下面介绍他的理论研究、工程应用研究及国际学术交流的有关情况和成果。
1、专心于学术研究,取得了若干突出的理论成果
1.1有关振动机械的工作理论的研究
    他在所发表的论文与著作中,取得了以下创造性成果:
    (1)在振动机械工艺过程理论的研究中,系统地阐述了椭圆运动平面上的物料滑行运动与抛掷运动的理论,以及作纵向振动的锥体中的物料滑行运动理论,并用于椭振动筛和振动离心脱水机的计算中。在50年代末所完成的上述理论的研究属国际领先,至60年代,前苏联与西德学者才发表上述理论。他还系统地研究了概率筛分的理论,在此基础上,研究并提出了一种新的筛分方法——概率等厚筛分法,将该法用于大揭盖清筛机的研究工作中,取得了良好的实际效果。
    (2)首先较系统地提出了振动机械系统的结合质量、当量阻尼及等效刚度的计算方法:给出了振动机械工作点的选择原则与方法,详细分析了二次隔振的理论。
    (3)研究了多种非线性振动机的振动系统的动力学特性,提出了这些振动机动力学参数的计算方法。例如,研究了具有非线性特性的惯性振动机、在近共振情况下工作的弹性连杆式振动机和电磁式振动机的动力学理论,特别是较详细地研究了电磁力为非线性时电磁式振动机的非线性理论。
    (4)对大长度振动机的多种工况进行了模态分析,提出了预防该类振动机的弯曲振动的方法,这些方法曾得到了日本专家的高度评价。
    (5)创建了“振动利用工程”新学科,并不断开辟该研究领域的新方向。在最近发表的“振动利用工程的近期发展与展望”及“波及波能利用技术的最新发展”两篇论文中,结合40多年来的研究,对振动利用工程的发展作了较全面的回顾与展望,提出了振动利用工程几个重要的研究方向,指出应大力加强对波及波能的利用、社会经济领域和自然界振动现象的规律及应用等方面的研究。
    在发表的数十篇学术论文及所著《振动机械的理论及应用》和《振动机械的理论与动态设计》两本专著中,对振动机械的理论进行较系统和较全面的叙述,为振动利用工程学科奠定了理论基础,对该学科的发展作出了重要贡献。
    1.2有关非线性振动理论及分叉与混沌的研究
    (1)首先提出了惯性力项为非线性的振动系统的计算理论与方法,研究了具有分段非线性惯性力和摩擦力的非线性振动系统的计算理论与方法,并应用于工程实际。
    (2)提出了带有间隙和滞回恢复力的非线性系统的力学模型及其计算方法。从惯性振动破碎机的实际工况出发,抽象出了一种带有间隙和具有非线性恢复力的非线性振动系统的力学模型,并进行了分析计算。从振动压实的实际工况出发,提出了具有不对称滞回恢复力的非线性振动系统的力学模型,并进行了分析和研究。
    (3)分析研究了具有冲击的非线性振动系统和分段线性的非线性系统的动力学特性,指出了在某些带有冲击的非线性系统中存在负阻尼的特殊情况。
    (4)提出了分段慢变和多慢变参数的非线性振动的理论与计算方法。在工程实际中,常常会遇到分段慢变的过程,以及多个慢变参数同时存在的情况。为此提出并研究了分段慢变的理论与计算方法和具有多个慢变参数同时存在的非线性振动系统的理论与计算方法。并将该法用于智能结构慢变过程及多慢变参数转子系统的非线性动力学特性的研究。
    (5)与课题组同志一起用胞映射法研究了某些非线性系统的全局稳定性,提出了胞映射——点映射综合法。用胞映射方法研究了不对称分段线性的非线性系统的全局稳定性;提出应用胞映射方法时节省计算机内存与机时的方法;还提出了用胞映射——点映射综合法来研究复杂非线性系统,利用该法可以避免在计算过程中吸引子的遗漏与丢失,在研究Van der Pol方程时取得了良好的效果。
    (6)基于二阶矩技术和Kronecker代数等现代数学力学理论,提出了具有向量值和矩阵值函数的不确定非线性振动系统响应的求解方法,使本质为2D矩阵函数的多自由度非线性振动系统的理论有所发展。
    (7)揭示了某些工程非线性系统工作过程中的分叉与混沌行为。在他的指导下,多名博士生完成了在某些参数条件下列车通过桥梁时所出现的混沌行为、具有振动边界的轧机转子系统的分叉与混沌行为、振动压路机压实土壤过程中的分叉与混沌、具有间隙和滞回恢复力的非线性系统的分叉和混沌等问题的研究。
    在国内外杂志和国际会议论文集中发表论文数十篇。
1.3有关机械系统振动同步与控制同步的研究
    在工业生产中,两个或多个转子系统随处可见,随着科学技术的发展,古老的机械传动已逐渐被更先进的传动方式所取代。振动同步、控制同步及复合同步是近十多年来发展起来的新技术。二十多年来,他在这一方面进行了大量的研究工作,发表了数十篇学术论文。在这些论文中得到了以下创造性的研究成果:
    (1)首先研究了在非线性机械系统中两个惯性激振器的高次谐波同步问题,提出了它们的同步性判据与同步状态的稳定性判据,还研究了平面与空间自同步振动机、非共振和近共振振动机的两个偏心转子的同步理论及其实现的条件。在国际上,首先提出了带偏转式激振器的非线性振动机的同步性判据与同步状态的稳定性判据,给出了该类振动机的计算方法。
    (2)研究了在一个电机停电的情况下的两个偏心转子的同步理论,并把这种传动称为振动同步传动。在机械工程学报上发表题为“振动同步传动的理论及其工业应用”的学术论文,论文提出了振动同步传动条件下的同步性判据和同步状态的稳定性判据,还介绍了两感应电机交替供电的控制系统,并亲手设计与安装了实现交替供电的控制装置。
    (3)研究了控制同步的理论及其控制系统。利用变结构控制的理论与方法实现同步,还将该理论推广到定速比的传动系统中。同时在研究过程中,将传统的控制方式改变为智能控制方式。
    (4)在多个电机驱动的情况下,为了使控制系统较为简单,研究出了复合同步的理论及方法。在这个系统中,既采用振动原理,又采用控制同步技术,并把该种同步称为复合同步。
    (5)提出了广义同步的概念,即把同步理论推广为力同步、相位同步及速度同步等多个方面。
1.4有关机械故障诊断理论与方法及转子系统故障动力学的研究
    (1)提出用时间序列方法中的判别函数的特性来判定机械设备故障的类型:同时还研究了时间序列AR模型结构的判定方法。在《时间序列方法及其应用》一书及有关文献中得到引用。
    (2)最先提出了用灰色系统理论对设备故障进行诊断的方法。他和他的研究生一起首先将灰色系统理论应用于机械设备故障诊断的研究,提出了机械设备状态的灰色预测法和机械故障的灰色诊断法。
    (3)详细分析了具有横向裂纹转子的动力学特性及其响应的计算方法,提出了用二次谐波分量来识别某些转子裂纹的方法;研究了裂纹转子的稳定性;还研究了裂纹转子运转过程中出现的分叉和混沌。
    (4)研究了转子系统在非线性力作用下碰摩过程所出现的分叉与混沌,提出在两种或两种以上故障同时存在的情况下出现的复杂动力学行为,其中包括混沌运动。
    (5)提出了用模糊控制的方法通过改变支承刚度来减小振动的方法和控制过程中慢变的理论。
    2、潜心于工程应用方面的研究,取得了—些显著实际成果
    在他的指导下,课题组同志应用所提出的理论,研制成功10多种新型振动机械(有12项成果通过部级和省级技术鉴定。获得6项国家专利)。研究成功的新型机器有:惯性共振式概率筛、大型冷烧结矿振动筛、长距离振动输送机、大型振动放矿机、大揭盖清筛机、自同步概率筛、概率等厚筛、自同步直线振动筛、高中频振动细筛等。这些机械已成功应用于机械、电力、建筑、铁道、化工、煤炭、冶金等工业部门。
    获国家发明奖和获比利时布鲁塞尔国际发明博览会“尤里卡”金奖的惯性共振式概率筛,应用所研究的概率筛分理论和非线性近共振机械的理论,将惯性共振原理与概率筛分原理有机结合起来,在同一机器上同时实现筛分、给料和托料三重作用,是国内外振动机械领域内首创的一种新设备,现在已有100多台成功应用于冶金、煤炭和电力等部门。
    获国家科技进步奖的大型冷烧结矿振动筛,应用了首次提出的偏转式激振器自同步振动机的理论及得到的同步性判据与同步状态的稳定性判据和二次隔振的理论。目前已在我国10多个钢铁企业中得到了推广应用,总计为50台。该项成果早于英国和美国于1982年和1984年的两项专利。该项成果的推广应用,替代了从国外引进的同类产品,取得了显著的经济效益。
    为呼和浩特铁路局研制的大揭盖清筛机,是所提出的概率—等厚筛分法的具体应用,所研制的筛机具有产量大、体积小、长度短等诸多优点。
    由于在新型振动机械的研究中取得了显著的成绩,他曾获国际发明博览会“尤里卡”金奖1项,国家发明奖和国家科技进步奖各一项,省、部、委级奖八项。国家专利八项。国际发明博览会授予他“骑士”奖章一枚。
    3、致力于走向世界,开展了广泛的学术交流
    为了促进我国科学技术的发展,加强中国学者与国外学者的交流与合作,广泛开展国际学术交流具有十分重要的意义。在近20年中,闻先生在这一方面作出了极大的努力,取得了良好的效果。他曾出国讲学和合作科研多次,出国参加国际学术会议20余次,还组织国际学术会议3次,并担任这些国际学术会议的学术委员会主席,主编国际学术会议论文集3套。
    从下面列出的讲学、国际科研合作和参加国际学术会议的情况,足见闻先生在国际学术交流、促进我国科技走向世界所倾注的精力和贡献。
    3.1讲学与国际科研合作
    1986年9月至12月应日本九州工业大学的邀请,以特别客座教授的名义去该国讲学。并应邀去日本东京大学、东北大学等多所大学和产业部门作学术报告。
    1987年8月应德国柏林工业大学、埃森大学和凯撒斯劳腾大学的邀请,去这三所大学访问,并作学术报告。
    1987年10月应邀去美国麻省理工学院、维斯康新大学和弗吉尼亚理工学院与州立大学访问,并进行了学术交流。
    1988年10月去日本东北大学进行科研合作。并应邀去神产大学、九州工业大学等五个单位作学术报告。
    1989年10月应澳大利亚墨尔本大学和莫奈希大学的邀请,以荣誉访问教授名义去该国讲学。
    1995年9月应瑞士国际机器人与磁轴承中心和瑞典哥德堡查理姆斯大学的邀请,访问了这两个单位,并进行了学术交流。
    1986年8月和1997年11月访问了日本东北大学,并进行科研合作。
    3.2参加国际学术会议
    1981年、1984年和1987年分别参加了在前苏联基辅、保加利亚瓦尔纳、匈牙利布达佩斯召开的第九、第十、第十一届国际非线性振动会议,共宣读有关非线性振动的学术论文六篇。
    1984年、1988年分别参加了在英国约克和爱丁堡召开的国际旋转机械振动会议。共宣读了两篇有关回转机械振动的学术论文。
    1986年、1994年两次参加了在日东京和美国芝加哥国际转子动力学学术会议,宣读有关转子动力学的学术论文两篇。
    1987年、1991年、1995年、1999年参加了在西班牙塞维利亚、捷克布拉格、意大利米兰和芬兰奥陆召开的第二十六、二十七、二十八、二十九届国际机器理论与机构学世界大会。宣读了有关机械动力学的学术论文五篇。
    1987年参加了在美国波尔顿召开的ASME振动与噪声会议,宣读有关非线性振动和转子动力学的学术论文三篇。
    1991年、1993年、1995年、1999年参加了在澳大利亚、日本、马来西亚和新加坡召开的亚太振动会议。宣读有关机械振动控制、转子动力学、故障诊断和非线性振动的论文九篇,并作了三个大会学术报告。
    1992年、1994年、1996年参加了在日本横滨和东京召开的第一、二、三届国际运动与振动控制会议,宣读了有关振动控制的学术论文四篇。
    1995年参加了在香港召开的国际结构动力学与振动会议,宣读论文两篇。
    1997年参加了在加拿大召开的人工智能国际学术会议,宣读论文一篇。
    1983年至今,参加在国内召开的国际学术会议10多次,宣读论文近二十篇。
    他还负责组织过3次国际学术会议。1987年组织了在沈阳召开的国际机械动力学会议,1989年负责筹备了在深圳召开的亚洲振动会议,1998年在大连召开了国际振动工程学术会议,并担任这3次会议的学术委员会主席,主编了3种国际会议的论文集。
    上述国际学术活动,对加强我国与国外学者间的学术交流和科研合作、增进友谊、促进我国科学技术的发展发挥了积极的作用。
    由以上三个方面所取得的突出成果,可见闻先生在四十五年的教学工作、科研活动和国际学术交流等方面倾注了极大的精力。他在长期的教学和科研工作过程中,有明确的研究方向和奋斗目标、有坚韧不跋的毅力与勤奋刻苦的工作态度、忘我劳动的工作热情,以及敢于创新和勇于实践的工作精神和方法、实事求是的工作作风,是取得成功的根本原因,这为我们树立了良好的榜样。
                                                                    张义民
                                                                   2000年8月


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