1986年，乔治·r·欧文在季莫申科获奖感言

关于发现和发明的评论

这是1986年美国机械工程师协会冬季年会在加州阿纳海姆举行的应用力学晚宴上的演讲。

关于这些评论的主题，我被告知某种标题是强制性的，所以我给了一个看起来相当令人印象深刻的标题。经过反思，我没有什么可以提供的评论，而这些评论相应地令人印象深刻。我突然想到，结构材料中裂缝的向前运动可能是一个有趣的描述性模型。Kies、Sullivan和Irwin在1950年发表的一篇技术论文中指出，渐进式压裂通常发生在前缘分离层的发育和连接过程中，而这些局部行为往往相当突然。利用动机作为驱动力，用“先进的思想”代替“先进的分离”，一个似是而非的描述技术进步的模型似乎是可能的。当然，与发展和加入先进思想有关的细节是需要的。这些包括动机、机会、指导和信息交换。在1985年的Timoshenko奖章评论中，Sternberg指出某些研究管理特征是没有帮助的。人们希望取得最佳进展的条件当然包括良性的研究管理方法。在对这些和其他与创新进展相关的复杂性进行了额外的思考之后，我认为我曾经想要开发的描述性模型不太可能有用。 So my comments will have a different nature. They will be memories and historic fragments related to my topic and they will be restricted to the strength of materials field.

1955年，季莫申科的《材料强度史》(History of Strength of Materials)对达芬奇、伽利略、马里奥特等人的研究进行了评论。这本书里有一幅达芬奇的草图，我对它特别感兴趣，因为它描绘了一台断裂强度试验机。列奥纳多·达·芬奇出生于1452年。五百年后的1952年，一场专门讨论达芬奇的大型国际会议召开了。一个永久性的结果是，雷纳尔出版了一本精美的大书，里面有达芬奇画作的真迹和速写本的素描。还包括对他的职业生涯的描述。从这里我得知，他年轻时，应校长的要求，被一所文员学校开除了。后来，他在一家艺术商店找到了一份工作。从那时起，他的职业发展，如你所知，是非凡的。关于他对断裂强度的兴趣，当时制造铁丝的过程只是在有限的程度上自动化。 The wire was gripped by tongs and drawn through a die, segment by segment, by a man seated in a swing. He started each segment by pushing with his legs, then swung back to take another grip for the next segment. da Vinci must have been acquainted with this process and may have had doubts as to the reliability of the product. In one of his sketch books, along with other drawings from his inventive mind, one finds a relatively simple device for testing the fracture strength of iron wire. His comments, written at one side of this sketch, have the form of instructions to someone who is conducting the testing as follows:

“看看是什么重量把铁丝弄断了，铁丝在什么地方断了。然后先把绳子缩短一半，看看它能多支撑多少重量;然后把它变成原来长度的四分之一，以此类推，做出不同的长度，并记下断裂的重量和断裂的位置。”

由此推论，短长度的钢丝比长长度的钢丝具有更大的断裂强度。给定一组不同严重程度的缺陷，这种性质的结果将在平均的基础上得到预期。然而，达·芬奇的评论并没有提出一个确定的效果观察，这在本质上是可变的。此外，我们可以注意到，如果进行试验的人发现利用前一次试验中提供的最大一段钢丝方便地缩短每一段长度，强度就会随着试验长度的缩短而不断增加。作为一份测试报告，达芬奇的评论显然是不完整的。可以理解的是，季莫申科发现它们令人困惑。

在20世纪60年代，纤维型复合材料在结构上的应用取得了相对迅速的进展，与此同时，人们对试样长度对纤维强度的影响重新产生了兴趣。结果一致表明试样长度尺寸的影响，很明显，纤维的强度很大程度上取决于工艺处理引入的可变尺寸的缺陷。当纤维与基体的粘合在缺陷区域之间提供载荷传递时，获得了最佳的复合材料强度，从而使纤维的有效强度在极短的纤维长度下具有较高的值。尽管伟大的列奥纳多的评论具有奇怪的性质，但他可能很好地理解了缺陷对铁丝强度的影响，但我们并不认为他发现了断裂效应的统计方面。他发现了一个问题，设计了一种有用的测试方法，并获得了工程目的所需的答案。

一项技术发现很少会被授予荣誉，除非其发起人将发现的内容以足够清晰和有影响力的方式传达出来，以吸引对其结果的有用应用。我参加了1946年在巴黎举行的应用力学国际会议。本文讨论了弹丸在穿板过程中的减速力。唯一对这个话题感兴趣的人是沙尔丹。在柏林大学，他是克兰茨的同事，克兰茨对军事相关研究的兴趣是众所周知的。主要的和一般的论文是由g·i·泰勒和冯·卡门提出的。泰勒讨论了圆柱与板碰撞时塑性波的传播。冯·卡门讨论了塑料波在钢丝上突然施加张力时的传播。他们的研究是完全独立完成的，他们得出了类似的解析形式的塑性波行为表达式。这些和随后的相关研究为我们提供了许多关于高应变率下金属塑性流动阻力的信息。 Neither Taylor nor Von Karman seemed aware of an earlier paper by Donnell, where, in an appendix section, analytical expressions for plastic wave propagation were already available. You can think as you please regarding discovery credit. In regard to usefulness, communication clarity and impact do have substantial value.

回到古代，我对法国工程师马里奥特的某些发现感到钦佩。在1650年至1680年期间，万豪负责建造著名的凡尔赛宫和毗邻的公园的部分工程工作。特别是，他要提供宏伟的喷泉，也就是说，它们把水推到很高的高度，这就造成了压力容器的问题。万豪通过证明测试，以达芬奇的方式解决了这个问题。通过向上延长立管的长度来增加圆柱形测试容器的压力。可能他选了一个方便的山坡位置。他把他的结果报告给了法国科学院，这些结果与胡克选择发表他的“胡克定律”变位法的答案的日期几乎相同，并出现在该科学院的学报上。Marriotte观察了血管周长随压力增加的分数变化，并发现它们之间成正比关系。他还报告说，当圆周的分数变化有一个固定的临界值时，每个血管似乎都破裂了。当我想象自己是他的助手之一，可能是用胶带绕着容器测量圆周应变时，我对他独立发现的胡克定律充满了同情。 I assume that this discovery permitted the last increments of pressure to be applied without need for direct stretch measurements. His suggestion of a critical strain condition for fracture inaugurated various methods of characterizing strength with stress-strain relationships.

有些陈旧的思想，就像老兵一样，会逐渐消失，而有些则会经久不衰。通常他们会穿上不同的服装。Freund和Achenbach最近关于动态压裂的论文采用了特殊形式的Marriotte断裂准则。与概念生存相关的关键因素是有用性。将旧的想法应用到新的应用中通常是合适的和有益的。1950年，Green和Sneddon发表了一种解，用于解受法向张力作用的扁平椭圆裂纹周围的应力-应变模式。研究报告的作者说，他们用来解决问题的分析方法，可以在大约50年前发表的两篇论文中找到。一种是处理液体流过与流垂直的扁平椭圆板。另一个是关于一个类似的平椭圆物体的引力场。在几个简化的假设的帮助下，Green和Sneddon提供的解决方案对估计板的部分穿透表面裂纹的相对危险性很有帮助。 Linear-elastic fracture mechanics developed into a useful engineering tool during the twenty years following World War II. It is noteworthy that the analysis methods needed for this development were all available either before or very early in that time period. Obviously scholarship and use of available knowledge should continue to assist technological advancement as it has in the past. The use of computer methods to provide numerical illustration of analysis concepts will help us move ahead more rapidly. An illustration was furnished by the rapid development of a new branch of fracture mechanics termed elastic-plastic fracture mechanics. Starting from technical papers by Rice and by Hutchinson, this development became of practical value in less than ten years.

科学始于观察和描述，伴随着适当的方法来交流所观察到的东西。我们还没有穷尽描述科学在材料强度领域的价值。然而，当观察到的行为模式足够清晰时，往往会导致分析模型，而这些模型是至关重要的。它们帮助我们理解观察到的行为，并允许在工程应用中进行合理的规划。

我最后只有几句话要说。我通读了1986年美国机械工程师协会奖的获奖名单。假设那些我很熟悉的人是典型的，我们有大量的工程师，他们的工作是有用的，值得表扬。花时间推荐或评选获奖者的社会成员也值得赞扬。1946年，我获得了海军部颁发的奖项。他们显然认为我做了有益的事。我可以做一些有用的事情，值得注意，这种想法产生了显著的效果。它把我从一个物理学家变成了一个工程师。在工程的各个领域，特别是研究活动中，动机是一个重要的驱动力，有用性是一个重要的目标。