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仪器仪表领域院士风采系列|刘人怀:科教人生,创新为怀

刘人怀,著名工程力学专家、管理科学专家,是我国板壳结构理论与应用研究开拓者之一,同时是中国管理科学理论与应用方面的专家,在力学、管理学领域有卓著成就。


刘人怀与叶开沅共同创立适于求解非线性微分方程的修正迭代法,系统创造性研究了六类典型板壳,建立弯曲、稳定和振动的非线性理论,应用于航空航天、精密仪器仪表等工程设计;创造性提出精密仪器仪表弹性元件(波纹膜片、跳跃膜片和波纹管)设计公式,改变了依赖经验和外国公式设计产品的历史。刘人怀于1999年11月当选中国工程院机械与运载工程学部院士,并于2000年9月再当选为中国工程院工程管理学部院士。


刘人怀现任暨南大学校董、教授、应用力学研究所所长和战略管理研究中心主任、杭州电子科技大学教授、创新与发展研究院院长;兼任中国工程院机械与运载工程学部常委和工程管理学部常委,教育部科技委员会委员、战略指导委员会委员、学风建设委员会委员和管理学部主任,全国高校教学研究会副理事长、中国仪器仪表学会仪表元件学会理事长,中国工程院院士广州咨询活动中心主任,广东院士联谊会执行会长,广东省仪器仪表学会名誉理事长。


刘人怀曾任中国工程院工程管理学部副主任,教育部高校力学教学指导委员会主任委员、中国振动工程学会理事长、中国力学学会副理事长、中国复合材料学会副理事长、中国仪器仪表学会常务理事、广东省仪器仪表学会理事长、澳门科技大学常务副校长。




师从钱伟长得意弟子,23岁攻克世界顶尖课题


1958年,刘人怀以兰州大学600名新生高考“状元”的优异成绩跨进高校大门。


1960年,著名固体力学家叶开沅教授由北京大学调任兰大,中国首个力学专业开创于北大,创建人即是校长周培源与叶开沅等人;叶开沅为力学科学泰斗钱伟长的得意弟子,而钱伟长还是现代力学奠基人冯·卡门的两个著名中国学生之一(另一位为钱学森)。叶开沅一任教兰大,便雷厉风行组建力学专业。其时,刘人怀经老师动员由数学专业转至新开设的力学专业固体力学班。

虽然刘人怀是从数学系转读非线性力学,然而叶开沅亲自讲授的“板壳力学”等课程深深吸引了刘人怀,他的勤学苦读深得叶先生赞许,并对其热心栽培,亲自带领刘人怀进行板壳力学的实习与研究。

在名师叶开沅的引领下,刘人怀从此一步一个脚印迈上板壳力学领域的科研创新之路。

1939年,在美国学习的钱学森与其导师冯·卡门联合署名,在《航空科学杂志》发表一篇轰动世界的论文——“外压力作用下球壳的屈曲”。

在刘人怀即将毕业时,叶开沅将钱学森该篇论文中未完成的“扁薄球壳体非线性稳定”部分,作为刘人怀的论文选题。其时,安排一位本科生研究世界顶尖课题,足见叶开沅与刘人怀师生二人的锐意创新之志,也体现叶开沅对高徒刘人怀创新能力的高度认同。

在叶开沅教授的精心指导下,刘人怀孜孜以求,攻坚克难,1963年7月,年仅23岁的刘人怀出色地完成了钱学森论文未完成部分,叶开沅将该研究方法命名为“修正迭代法”。

刘人怀因与叶开沅共同创立适于求解非线性微分方程的修正迭代法而声名鹊起,成为板壳非线性力学领域一颗耀眼新星。

潜心研究“波纹圆板”, 开创力学科学新领域

毕业留校的刘人怀,深得叶开沅教授器重,担任其科研助手,从此深耕板壳非线性力学领域,持续挺进于科研创新之路。

醉心科研的刘人怀奔波于兰州各大企业深入调研,积极找寻研究课题。其时恰逢制造航空仪表的135厂接到制造低空侦察机高度表的重要任务,但苦于缺乏专业人才,难以啃下这一“硬骨头”。正在该厂找寻课题的刘人怀一看大喜过望,这与其研究方向不谋而合。刘人怀于是自告奋勇接下课题。该厂虽对年纪轻轻的刘人怀半信半疑,但因该厂尚无合适人选可挑此大梁,遂同意由他一试。

波纹圆板是低空侦察机高度表的核心元件,从此,刘人怀便痴迷于波纹圆板这一重大课题的科研攻关之中。

其时全球仅有美国、苏联和日本5位科学家进行过“波纹圆板”领域研究,但均未成功。而在我国,该“波纹圆板”方面研究尚属空白,无人涉猎。

彼时,在偏居西北的兰大,难于检索到相关文献资料,刘人怀灵机一动,把握带领学生奔赴北京实习的良机,一头扎进国家图书馆认真查找资料。

当时全国仅有6台M3型计算机,地处西北的兰大尚未配备此种“利器”。刘人怀唯有依靠人工推演开展这一科研难题。

从此,潜心研究“波纹圆板”,便成为刘人怀科研工作的重中之重。他仿佛着了魔一般,不厌其烦地一遍遍推演“波纹圆板”理论,光是用掉的草稿纸,便整整装满好几麻袋。

有志者,事竟成。1968年4月,刘人怀终于依靠他那“最强大脑”成功推算出了“波纹圆板”结果。与实验结果对比,误差控制于1%之内,完全可供精密仪表设计使用。而彼时世界上其他科研团队的误差则高达39%以上,不能用于设计精密仪表。

刘人怀的该项科研成果获得权威专家高度评价,认为该项研究已达国际先进水平,开创了力学科学新领域。此后,其研究成果被广泛应用于我国的航空航天、石油化工等工程领域。

精心研究“波纹圆板”期间,刘人怀还相继发表了数篇颇具影响的论文。1965年2月,年仅24岁的刘人怀其论文顺利刊发于我国顶尖杂志——《科学通报》。三篇关于扁球壳非线性力学问题的文章,先后发表于第二、三期,其中两篇与叶开沅联合署名,一篇系刘人怀单独完成。

锐意创新硕果累累,填补国内多项空白

1969年,时任兰州石油化工机器厂二分厂技术科长的贾志杰(后任湖北省委书记),有志于建造我国首台生产航空煤油的铂重整装置反应器;可惜多次试制无果,最后求助于兰大。

压力容器属板壳组合体,刘人怀是当时兰大该领域研究翘楚,该校能担此重任者可谓非刘人怀莫属,他二话没说,便接受任务。

刘人怀在现场观看工人试做产品期间,通过仔细观察,发现此前该厂之所以试制无果其“卡脖子”问题是“卡”在压力容器椭球封头的中心开孔处。该难题与椭球壳弯曲理论息息相关。

刘人怀于是急返兰大图书馆查阅资料,历经数天反复查阅资料依然找不到相关理论支撑。刘人怀眉头一皱,计上心来,不如自己创造一个相关理论来提供研发支撑。历经刘人怀三四个月夜以继日的苦思冥想,“厚壁圆柱壳体理论”横空出世,相关结果也随之推演而出。

刘人怀迅捷返回工厂做实验,结果与其自创理论推演一致。中国第一台生产航空煤油的铂重整装置反应器随之研制而成。

此后,刘人怀科研创新硕果累累,相继研发成功多个“第一产品”,填补国内多项空白:中国第一台大型尿素合成塔、中国第一台最高压力的高压聚乙烯反应器、中国第一台大开口加氢反应器、中国第一台高压固定式热交换器、中国最大炼油厂的减压塔……

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