青年人才托舉工程專刊序

陸夕云

(中國科學技術大學近代力學系,合肥 230027)

青年科技人才是我國科技人才的重要組成部分和主要后備力量,在加快實現高水平科技自立自強的過程中,具有其他群體不可替代的優勢和潛力.2023 年8 月,國家發布了《關于進一步加強青年科技人才培養和使用的若干措施》,充分顯示了黨和國家對青年科技人才的高度重視.

2015 年10 月,中國科學技術協會首次啟動中國科協青年人才托舉工程(以下簡稱“青托工程”),擇優支持中國科協所屬全國學會或學會聯合體,遴選一批32 歲以下有潛質的青年人才,給予他們連續3 年的經費資助,支持他們自主選題開展原創性研究,在創造力黃金時期做出突出成績.該項目旨在引導全國學會創新青年科技人才的遴選機制和培養模式,提升凝聚青年科技工作者的能力,扶持有望成為未來科技領軍人物的優秀青年人才快速成長,打造國家高水平科技創新人才后備隊伍,被譽為青年科技人才成長的“第一塊踏板”、青年科技人才科研創造關鍵時期的“雪中送炭”工程.自立項以來,中國力學學會連續獲得九屆青托工程立項資格,截至2023 年51 名青年科技人才已獲資助,為我國力學人才蓄水池注入了新鮮血液,生動體現出我國力學事業的蓬勃發展.當前我們正處在一個最好時代,也是我們科技事業發展和青年人才成長的最好時代.回望個人的科研工作,對于青年人才的成長有幾點思考與大家分享:

第一,堅持創新,踔厲奮發.未來力學學科的發展有賴于廣大青年人才的共同努力.堅持創新意識,不斷開拓新的研究領域和方向,積極利用新技術、新方法和新思路,展開具有創新性的科學研究,為推動力學學科發展、科技創新做出我們青年學者的貢獻.如何踔厲奮發、不斷前行呢？我想到我導師童秉剛院士在我讀研究生階段時,教導我常說的“法乎其上,得乎其中;法乎其中,僅得其下”,這就是要我們年輕時就要大膽追求遠大的志向和抱負,胸懷寬廣、眼界開闊,做大學問,解決大問題.我們要面向世界科技前沿,并積極與國際同行進行交流和合作,不斷爭取在國際學術舞臺上嶄露頭角.

第二,執著追求,肩負責任.其實我們都知道,做學問并不是一件容易的事情,需要持之以恒、刻苦專研.宋代蘇軾說過“古之立大事者,不惟有超世之才,必有堅忍不拔之志”,其意思是“自古以來凡是做大事業的人,不僅有出類拔萃的才能,也一定有堅韌不拔的意志”.2023 年的諾貝爾生理醫學獎獲獎者卡塔林·卡里科(Katalin Karikó)在她的科研之路上,經歷了無數的挫折與困難,盡管曾三次被解雇,她從未放棄對科研的熱愛與執著,在mRNA 技術上做出開創性貢獻.當然,我們力學工作者也是大有作為的,針對前沿科學問題和重大科技工程中的瓶頸問題,需要執著攻關創新,并將研究成果服務國家、服務社會.力學與航空航天、生物醫藥、機械制造等關系國計民生的重大工程有著密切的聯系.因此,我們青年人才需要具備跨學科合作的能力,與其他領域協同創新,共同解決重大難題和挑戰.

第三,保持良好的心態和健康的生活方式.科學研究是一項長期而艱苦的工作,需要我們有堅定的信念和毅力.青年朋友們,我們要以良好的、積極向上的心態正確對待科研中的挫折和失敗,在追求科研的同時,不忘關注身體健康,保持健康的生活節奏,尋找適合自己的平衡點,讓自己在科研的道路上走得更長遠、更穩健、更成功.

1957 年,在《力學學報》創刊伊始,錢學森先生就明確提出了期刊的定位: “我們希望《力學學報》的出版能更積極地推動我們的力學事業.……促進中國力學工作隊伍很快地成長起來,使他們能負起社會主義建設事業的任務,這就是我們的目標”.為了更好地傳承《力學學報》的辦刊宗旨,服務力學學科的發展和力學人才的成長,搭建青年人才展示和交流的平臺,《力學學報》依托中國科協青年人才托舉工程,組織出版這一期《青年人才托舉工程專刊》.專刊共刊出研究綜述和研究論文15 篇,這些文章的第一作者或通訊作者都是獲得青年人才托舉工程項目支持的青年才俊.

在研究綜述方面,第三屆青托工程入選者郝鵬等圍繞航空航天承載裝備可靠性分析與設計中的諸多挑戰難題,從結構高置信水平可靠度理論與方法層面系統梳理并總結了國內外最新研究進展,并基于現有成果和國家重大前沿需求,重點圍繞航天裝備可重復使用需求對結構可靠度未來研究方向進行了思考與展望.為開發設計可持續、綠色低碳的高性能木基材料提供理論參考,第五屆青托工程入選者宋建偉等從木材的多尺度微觀結構入手,分別從微觀力學機制及微結構調控設計角度綜述了“兩步改性”策略對木材多層級微觀結構的調控手段、對宏觀性能的作用規律,以及實現的功能化應用,討論了當前木基材料多尺度結構設計策略存在的不足,并綜述了木基材料的功能化應用新進展.第八屆青托工程入選者丁彬等系統總結了原子尺度斷裂模擬進展,介紹了常用的加載方法,總結了基于原子尺度信息定量計算斷裂韌性的方法,描述了近年來有代表性的不同類型納米結構材料斷裂行為模擬研究,強調了原子尺度模擬面臨的問題和挑戰,并對將來的發展方向進行了展望.

在流體力學領域,第三屆青托工程入選者張歡等基于歐拉-拉格朗日點顆粒框架,采用考慮顆粒-湍流雙向耦合的直接數值模擬方法,在攜帶雙分散顆粒的水平槽道湍流中研究了顆粒間碰撞對雙分散顆粒聚集模式的影響,發現了顆粒間碰撞顯著抑制顆粒湍泳和近壁區傾向性聚集的現象.第五屆青托工程項目入選者王靜竹等開展了液體黏性對內空泡誘導柱狀液滴界面不穩定性研究,基于高精度數值模擬方法揭示了液體黏性對界面擾動發展的影響機制,分析了不同流態下不穩定性發展特征量的演化規律,獲得了液滴界面不穩定性在黏性影響下流態相圖,為相關工程應用提供了重要支撐.

在固體力學領域,第一屆青托工程入選者李銳等發展了無拉力彈性地基矩形板屈曲/后屈曲問題的辛求解方法,獲得了經有限元驗證的高精度結果,可為相關問題研究提供有力的理論工具.第二屆青托工程項目入選劉大彪等基于Gudmundson 高階應變梯度塑性理論深入研究了金屬薄層受限剪切問題.綜合考慮因界面傾斜引起的附加壓應力和周期性鈍化邊界條件,對金屬薄層的壓縮-剪切組合變形進行了二維有限元模擬.定量描述了界面幾何必需位錯飽和引起的邊界條件變化,理論預測與實驗結果吻合.相關研究揭示了加載方式和高階邊界條件在微尺度材料塑性變形中的重要作用.第三屆青托工程入選者王艷鋒等通過復合獨立設計的跨水空高透射聲學超表面和高透射空氣聲調相超表面,實現了跨水空界面聲波的異常折射和聚焦功能,并討論了組合超表面間距對波控性能的影響.研究工作有利于新型跨水空聲學器件的實際設計.第五屆青托工程項目入選者于超等通過實驗揭示了氫對超彈性鎳鈦合金彈簧變形行為的影響,在不可逆熱力學框架下構建了鎳鈦合金的力-擴散耦合本構模型,并通過考慮彈簧的扭轉和彎曲變形模式,發展了能夠合理描述鎳鈦形狀記憶合金彈簧力-擴散耦合變形行為的理論模型.為富氫環境下該類合金器件的設計和服役性能評估提供了理論工具.

在動力學與控制領域,第六屆青托工程入選者陳提等針對SO(3)上撓性航天器的姿態控制問題,基于Koopman 算子理論和非線性系統稀疏性辨識算法(SINDY)實現系統的全局線性化數據驅動建模,并在Koopman 算子框架下設計了LQR 最優控制用于撓性航天器的姿態控制和振動抑制.通過仿真驗證了Koopman 線性化建模框架的可行性,并將所提出的控制器與非線性最優控制SDRE 方法對比,證明了其高效性和有效性.第七屆青托工程入選者李慶軍等針對機器人空間組裝超大型多模塊結構的過程,提出了一套軌道—姿態—結構耦合動力學、規劃與控制的仿真框架,集成了機器人和柔性模塊動力學模型、組裝序列規劃、機器人動作規劃與軌跡規劃、機器人關節軌跡跟蹤控制、結構模塊姿態控制和結構振動控制,研究了不同組裝姿態情形下的軌道、姿態、結構及機器人關節等動力學響應.第八屆青托工程入選者郝宇清等針對多智能體編隊控制問題,研究了基于DDQN 深度強化學習算法的多無人車系統的編隊控制器,建立了基于相對距離和速度的狀態空間,使得控制輸入不依賴于全局信息.該控制器可以直接應用于帶有非完整約束的欠驅動無人車的編隊任務,且不需要精確模型信息.

在生物力學、工程力學及交叉力學領域,第一屆青托工程入選者徐光魁等基于真實的患者數據,建立了上氣道流固耦合模型,模擬了氣道的氣體流動和變形狀態.他們發現簡單地擴張氣道橫截面積并不能改善病情,而有效手術需要改變氣道進出口壓降和局部流速.所發展模型可對懸雍垂腭咽成形術等手術進行指導.第三屆青托工程入選者代胡亮等針對工程中復雜構型輸流管道系統,建立了基于絕對節點坐標法的流固耦合動力學理論模型,開展了輸流管道振動響應與穩定性分析的研究,提出了管道支承優化設計策略,結果表明該分析模型的計算效率顯著高于商業有限元軟件.第四屆青托工程入選者孫直等針對非均勻復雜梁結構,采用漸近分析的方法,推導了三維梁結構的一維等效振動分析模型,研究結果表明所提等效模型對細長梁自振頻率的分析精度與穩定性顯著優于商業有限元軟件中的常用梁單元.

我們相信專刊的出版將展示這些優秀的青年力學人才在流體力學、固體力學、動力學與控制、生物力學、工程力學及交叉力學等學科的前沿科技成果,帶動國內更多的青年學者關注并探索力學的前沿科學問題和國家重大需求中的瓶頸問題,促進人才培養和成長,不斷推動我國力學事業的蓬勃發展.