孫玉鑫：心之所向無悔科研

范燕燕

物體間是怎樣相互作用的？小鳥是怎樣飛上天空的……人類似乎從誕生開始就沒有停止過對于這個世界的追索。從對物質起源的探索到各種發明的誕生，那些天馬行空的想象似乎都在慢慢成為現實。思想好比火星，一顆火星會點燃另一顆火星，而科研工作者就是把這些火星匯聚成光的人。

“我要把人生變成科學的夢，然后再把夢變成現實。”正如居里夫人所吐露的心聲，北京航空航天大學航空科學與工程學院的孫玉鑫副教授在科研的世界里一直在探索，前行……作為一名女科學家，她用女性的細膩攻克著一個個科研難題，從未想要放棄。沉浸于“固體力學”之美

學問必須合乎自己的興趣，方才可以得益。其實，從高中開始，孫玉鑫就對物理、數學等理科類的學科有著濃厚的興趣。所以，在考大學報專業的時候也就理所應當地選擇了自己比較熟悉的力學方向，從本科到博士，她在“流體力學”和“固體力學”兩個方面都進行了系統的學習，最終明確了“固體力學”這一研究方向。也許多數人認為從事像“固體力學”這樣理科類的研究很枯燥乏味，但對于孫玉鑫來說，固體力學之美就在于它能把完美和諧的數學知識變成為社會服務的生產力，它的美是內斂的、無形的，是值得深入挖掘研究的，抱著這樣的想法從事科研，哪怕再苦再難，她都樂在其中。

近年來，她和團隊所致力的“疊層復合材料微諧振器”的熱彈性耦合問題和瞬間熱沖擊問題的研究就將“固體力學”的理論和實用之美發揮得淋漓盡致。

眾所周知，微觀諧振器廣泛應用于各種傳感器、調節器、通訊設備和微觀機械測試設備中，具有靈敏度高、反應快的特點，是微機電系統的基本構成單元。但是就目前的情況而言，微諧振器的性能還有很大的提升空間。而想要改變這一切，充分研究熱彈性耦合的影響對于微諧振器的設計和制作是基本而必要的。基于這個方面，孫玉鑫和她的團隊成員一起做了許多深入的探索與研究。

科研是一個不斷探索不斷發現的過程，這個過程對于孫玉鑫來說是美妙的。目前關于微諧振器的熱彈性耦合問題的研究大多考慮單一材料制成的諧振器。但是，在微機電系統中也大量使用疊層復合結構的諧振器和有納米金屬薄層覆蓋的諧振器，因此，擴大對微觀諧振器的分析范圍也是很有必要的。而想要對微觀諧振器進行嚴謹細致的研究，必要的激光技術輔助起了很大的作用。而孫玉鑫及其團隊伙伴所研究的“疊層復合材料微諧振器的瞬間熱沖擊問題”就是將研究的目標聚焦在超短激光脈沖作用下兩種典型疊層復合結構的熱彈性耦合行為與特性上，獲得了一系列具有創新性的成果。

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”這就話用在孫玉鑫身上，最合適不過了。在對多層微諧振器的短脈沖激光熱沖擊問題的探索中，孫玉鑫和她的伙伴們擴展研究了三種即微米梁結構、圓柱形結構、圓環形結構的疊層諧振器。尤其是在對梁形諧振器的研究中，孫玉鑫和她的伙伴們同時考慮了沿厚度和長度方向的熱量傳播，并采用二維熱傳導模型，來更好的揭示尺寸效應的影響。這對于先前的研究來說，可以稱得上是一個很大的突破。

隨著探索越加深入，孫玉鑫繼續攀爬科研高峰的愿望越是強烈。在含有納米覆蓋層的微梁諧振器的短脈沖激光熱沖擊問題中，她和她的團隊成員們將分子動力學模擬與有限元法相結合了起來，在合理考慮金屬薄膜超快熱沖擊物理機制的前提下，模擬金屬與非金屬構成的疊層微諧振器的短脈沖激光加熱問題，從而為多材料組分的疊層復合材料的熱彈性耦合問題的研究提供了一種有效的數值分析工具。在2010年，這個項目也成功申請了國家自然科學基金青年項目。借助這一項目，孫玉鑫及其團隊在相關領域的探索得到了延伸和拓展。

對于孫玉鑫來說，科學研究就像是一趟神奇之旅，能把枯燥乏味的知識轉變為神奇的能量。在這條奇妙的探索之路上前行著，她感到無比自豪。

用科研為飛機安全護航

作為一名科研人，孫玉鑫孜孜不倦、努力前行。同時，作為一名北航人，孫玉鑫和她的同事們始終秉持著一種情懷：要用精湛的專業知識為我國的航空航天事業貢獻自己的力量。

眾所周知，21世紀以來，飛機逐漸成為了人們出行的交通工具首選。不管是飛躍南北，還是步入遙遠的異國他鄉，它總是能在最短的時間內給與我們最大的便利。但是，我們在享受著飛機帶來的快捷的同時，也不得不警醒飛機所帶來的各種事故傷害。盡管根據一次次的全球統計，飛機的事故率相對來說的確是最低的，但一旦你上了一架要出事的飛機，生還的可能性往往近乎于零，MH370就是一個血淋淋的事實。

據悉，大約有35%的事故發生在飛機起飛階段，將近60%的事故發生在降落階段。原因就在起飛和降落這兩個過程跟平飛相比，故障發生時留給駕駛員的判斷時間極短，高度極低，各種氣象或地理的不利因素也集中在這兩個階段并對飛機的影響比較明顯，各種因素綜合在一起也容易干擾飛行員的判斷。

這一問題，引起了孫玉鑫的強烈關注，一種強烈的責任感迫使她要為此做些什么。于是，在她和團隊的研究中就對飛機降落時的跑道攔阻系統的相關材料進行了有效的改進。目前，國際航空所通用的材料是一種泡沫混凝土。它的特性是比較柔軟，飛機在滑翔的過程中就像跑在了泥漿里，很容易就會把這種材料壓壞從而產生阻力使飛機安全停止下來。但是這種材料在飛機的降落過程中很容易激起很大的灰塵，而灰塵如果跑到飛機的發動機里，就會進而產生一些其它的危險，所以尋找到一種安全可靠的飛機跑道材料對飛機的安全降落是很有必要的。

在孫玉鑫和她團隊成員的研究中就提出了一種泡沫蜂窩材料，這種材料結構在破碎的時候不會粉粹成灰塵，所以就避免了對飛機的二次污染和破壞。確定材料之后，孫玉鑫和自己的團隊成員共同協作研究了蜂窩材料的能量吸收機制，并建立了機輪一蜂窩材料耦合作用力學模型。同時針對飛機多剛體動力學模型的五個自由度，把兩者成功結合，通過MATLAB編程，完成了對B737-900ER飛機的攔停仿真計算。證實了與傳統攔阻系統相比，蜂窩材料攔阻性能顯得更優越。在保證乘客安全和飛機結構不受損傷的承載范圍內，攔停距離更短，攔停時間更短。

科研的道路永遠都是無止境的。為了攔阻不同大小和重量的飛機，他們又進一步提出了一種高分子聚合物材料來作為一種新的飛機跑道攔阻材料。孫玉鑫和她的伙伴們通過對EMAS結構進行優化設計，令其鋪墊的飛機跑道的厚度線性增加，并分析了初始高度，傾斜角，材料強度等幾種參數的影響。然后在此基礎上進行多目標優化設計，以獲得特定的升阻比和最小的貫穿深度。相信研究完成后必定會對未來飛機跑道的安全性做出巨大的貢獻。

除此之外，為了提高飛機等交通工具的安全防護，孫玉鑫和其團隊提出了“對仿生自適應多級能量吸收裝置的理論及應用的研究”。在研究中，他們提出了貓科動物高空跳躍抗沖撞的肢體理論模型，并著手研究了骨骼一肌肉構造與抗沖擊能力之間的關系，以此來揭示高效緩沖的機理，發展具有優異抗沖撞特性的仿生學元件。可以肯定的是，此項研究為探索具有仿生特性的緩沖吸能高效新概念著陸器，為未來飛行器耐撞性優化設計成功奠定了基礎。研究成果出來之后，不僅可應用于飛行器、汽車、高速火車等交通工具的能量吸收裝置，還可用作軍事工程和土木工程、核反應堆、石油鉆井平臺等的抗震防爆設施，避免或減輕因突發災害和偶然事故所導致的災難性后果。

科研的意義是什么？也許每個人對它的理解都不同。有些人認為它枯燥乏味，但是有些人卻沉醉于它的簡單純粹。對于孫玉鑫來說，做科研需要無限的熱情、嚴謹的態度和持之以恒的精神，因為這是她無悔的選擇，更是她值得傾注于一生的事業。