艾伦·尼德曼在接受2011年铁木申科奖章时的讲话

应用力学部荣誉颁奖宴会，2011年11月15日，凯悦酒店百年宴会厅A&B三楼。

阿瑞斯，谢谢你的热情介绍。我非常荣幸地将我的名字列入季莫申科奖牌获得者名单。然而，获得季莫申科奖章也有不好的一面。我将通过让-巴蒂斯特·勒布隆德讲的一个故事来描述它不好的一面。在罗马帝国的马戏团里，一个奴隶被扔到狮子面前。狮子尾随奴隶，然后袭击了他。当狮子扑向他时，奴隶抓住狮子的鬃毛，在它耳边低语。令观众吃惊的是，狮子偷偷溜到角斗场的一个角落里坐了下来。皇帝把奴隶叫过来，说:“如果你告诉我你施了什么魔法，我就放你自由。”奴隶回答说:“那不是魔法。 I just told the lion if he ate me he'd have a good meal but then he'd have to give an after dinner speech. “

幸运的是，我可以在iMechanica上找到很多季莫申科之前的餐后演讲。万博manbetx平台我将遵循其中的几个，谈谈我在力学领域的生活。在我开始之前，我想提一下四位对我的职业生涯产生了巨大影响的机械师，他们极大地丰富了我的个人生活万博体育平台:John Hutchinson, Viggo Tvergaard, Jim Rice和Erik van der Giessen。没有足够的时间详细说明我欠他们的债务。

我的力学生涯始于我在宾夕法尼亚大学大四那年。我选修了汤恩学院院长叶萱的连续介质力学课程。这门课程非常有趣，所以我决定这就是我想在研究生院学习的课程。我在哈佛读研究生，非常幸运的是，一位名叫约翰·哈钦森的年轻教员同意做我的论文导师。我的博士论文涉及有限应变，二维周期圆孔阵列的有限元分析(受到Frank McClintock和Jim Rice开创性的韧性断裂研究的启发)。这使我开始接触固体力学的两个新兴发展:有限元方法和材料力学。正如约翰·哈钦森(John Hutchinson)在他的季莫申科奖章演讲中所说，我们没有意识到我们正在参与一场革命。

在那个时候，有限元方法并没有得到固体力学界的重视。计算力学经过了很多年才被接受并融入主流固体力学。我感到高兴的是，现在的情况有了很大的不同，铁木申科奖章被授予奥列格·季恩凯维奇、廷斯利·奥登、特德·别列奇科和汤姆·休斯就是明证。材料力学更容易被接受，并成为极具挑战性的问题的来源。它刺激了新的力学理论和实验方法的发展，特别是那些旨在理解小尺度现象的理论和实验方法。相反，它导致固体力学对材料科学和工程产生重大影响。

1970年夏天，我完成了哈佛大学的博士学位，并在麻省理工学院找到了一份应用数学讲师的工作。为了开始我的研究生涯，我决定在我的专业知识的基础上，提出分析一个二维椭圆孔阵列。你可以想象，当没有人对此表现出任何兴趣或愿意支持它时，我的失望。所以我放弃了它，决定研究一些让我兴奋的东西，这是文献中的一个想法，拉伸颈缩，就像屈曲一样，可以被视为分叉。我认为用有限元进行分岔分析和计算后续的颈部发展会很有趣。结果很好，我被哈维·格林斯潘(Harvey Greenspan)邀请去做一个关于这项工作的研讨会，他当时是应用数学系主任。他给了我一些明智的建议:“没有人会抱怨讲座太短。”我试着听从他的建议，但并不总是成功。我演讲的题目是“酒吧里的接吻”。据我所知，这是唯一一场出现在当地报纸娱乐版上的麻省理工学院应用数学讲座。

在麻省理工的中途，我在丹麦技术大学休假，开始与维戈·特维加德合作。Viggo和我研究了屈曲当我从丹麦回来的时候我对塑料屈曲问题很感兴趣。我的想法是，所谓的塑性屈曲悖论可以通过考虑三维效应来解决。我把我的想法告诉了约翰·哈钦森，他知道我显然错了，但并没有试图浇灭我的热情。对此我很感激。最终我意识到我错了，学会了如何区分兴奋和洞察力，并接受错误，然后继续前进。在麻省理工学院期间，我可以自由地追求任何让我兴奋的东西，并能够形成自己的研究风格。

在麻省理工学院待了五年之后，我被告知不再需要我的服务了，我非常幸运地进入了布朗大学。当我开始在布朗大学工作时，我研究的一个领域是与钣金成形相关的颈部问题。我在加拿大应用力学会议上做了一个关于这项工作的报告。我不记得我的演讲了，但我记得，至少在一个方面，我的演讲是会议的亮点。在会议晚宴上发言的是不列颠哥伦比亚省教育部长。她在演讲一开始就说，吃饭时她一直在翻阅那本摘要书，那些标题对她来说毫无意义，直到她看到了《薄薄的脖子》(Necking in Thin Sheets)。那个她能联想到的头衔。但她有一个问题:“为什么床单一定要薄?”幸运的是，我坐在后排太远，没人指望我给出答案。

20世纪70年代末，布朗大学的固体力学领域掀起了一股学术热潮。这很大程度上源于吉姆·赖斯，他有许多独到而深刻的想法，并慷慨地与人分享。其中一个主题是多晶金属的晶界扩散和塑性蠕变的耦合。塑性变形可以有效缩短扩散长度，从而产生协同效应。量化这需要数值计算。这就是我的切入点。这个问题的有限元公式涉及到创建一个刚度矩阵，除了通常的体积项外，还包含考虑晶界扩散的表面项。计算量化了显著的协同效应。多年以后，对体积和表面分别进行本构描述的有限元公式的想法在我的研究中发挥了重要作用。

在20世纪60年代和70年代，计算是在中央大学计算机中心进行的，CPU时间是一种稀缺资源。程序写在打孔卡上，然后通过一个类似于快餐店柜台的柜台提交给计算机操作员。然而，周转时间是以小时而不是分钟来计算的。返回的是一叠纸，其中要么包含错误信息，要么打印出希望与有意义的结果相对应的数字。绘图员被雇来把数字变成图片。在这一时期结束时，计算机终端取代了卡片，但剩下的过程几乎是一样的。

20世纪70年代末，布朗大学的固体力学小组获得了一台用于计算力学的专用计算机DEC VAX 780，这是一个巨大的变化。这件事给我上了一堂谦卑的课。DEC的销售人员提到标准的VAX配置包括一个67mbyte的磁盘。他问我是否要再买一张磁盘。我回答说:“不，我们永远填不满67兆字节。”VAX 780由几个冰箱大小的机柜组成，可以以大约0.14 MFlops的速度进行双精度浮点运算。从这个角度来看，它的速度还不到现代智能手机的1/100。但我们对它的性能感到兴奋，它为模拟开辟了新的可能性。

再次受到Jim Rice兴趣的刺激，我开始参与塑性流动本地化的研究(Jim和今年的德鲁克奖得主John Rudnicki共同撰写了一篇关于该主题的开创性论文)。确定了起始条件，但确定演化需要计算。Viggo访问了Brown，我们在VAX上的第一个项目是使用John Hutchinson和Jes Christoffersen开发的j2角理论计算剪切带的发展。我发现能够模拟这种复杂变形模式的演变是令人兴奋的。我对最终的照片非常满意，于是我带了一张重印的回家，自豪地给我们6岁和8岁的孩子们看，说:“看看我做了什么。”其中一个(我不记得是哪一个)说:“不，你没有。你不够聪明。可能是妈妈干的。”另一个关于谦卑的教训。

就在维戈和我做计算的时候鲍勃·阿萨罗正在研究单晶的局部变形。在与Bob和Dan Peirce的合作中，我们发现速率无关的单晶计算在特定的参数范围内完全失效。最终我们发现，考虑物质速率依赖可以消除病理行为。速率相关的单晶计算能够很好地模拟观测到的变形响应。

Viggo和Bob的速率独立本地化计算的一个问题是，该公式不包含材料长度尺度。带的厚度和局部化后的响应本质上是由有限元离散化决定的，而不是由模型中嵌入的任何机制决定的。材料速率依赖实际上导致了长度尺度的引入。在特定情况下，这是否是控制长度尺度是另一回事，但我们发现速率依赖可以正则化定位问题。我认为，我们对局部变形模式的计算，至少在随后将材料长度尺度纳入连续体塑性理论的一些工作中，起到了促进作用。

与此同时，Jim Rice, Ben Freund和他们的合作者正在进行断裂力学方面的开创性研究。让我兴奋的是用计算直接模拟断裂的可能性。这导致了Viggo的一系列微机械骨折研究。同样，一个关键问题是如何将长度尺度纳入公式中。Viggo和I(以及现在其他许多人)所从事的断裂模拟的主要目的是将材料微观结构的可测量和可控特征与其抗断裂性联系起来，为设计更耐断裂的材料系统提供基础。而不是定量预测，这些模拟寻求提供趋势，缩放关系和深入了解控制韧性和延性的机制。

我在布朗大学的这段时间充满了合作和互动的精神。我参与的许多项目都是在走廊上、午餐或咖啡时进行的讨论。举个例子:我在内聚建模方面的工作开始于Steve Nutt的一次非正式演讲，他展示了一些Al-SiC复合材料纤维末端空洞成核的图片。史蒂夫的显微照片和我早期与吉姆·赖斯(Jim Rice)在晶界扩散方面的工作相结合，产生了这样一种想法，即把连续体看作是由表面和体积组成的，它们之间都有本构关系。因此，初始裂缝不需要使用Barenblatt/Dugdale型内聚关系。内聚框架引入了长度尺度，可用于创建新的自由表面，从而模拟裂纹起裂。来自晶界扩散工作的计算机代码具有实现这一功能的基础。在随后的工作中，我们与Ares Rosakis和Yehuda Ben-Zion合作，使用基本相同的计算基础设施，分析了摩擦本构关系描述的表面上的破裂传播。

布朗大学(Brown)有团体资助，这使得探索新的研究领域成为可能，而不必担心经济支持(如果你不是一个实验主义者)。正因为如此，我才得以与Erik van der Giessen合作研究离散位错塑性。离散位错塑性还引入了一个长度尺度(实际上是几个长度尺度)。因此，现在不是没有长度尺度，而是确定问题的控制长度尺度是一个问题。在这个领域，我最喜欢的一个项目是我们与Vikram Deshpande在疲劳裂纹扩展方面的合作，我们给出了疲劳阈值和巴黎定律，作为模拟的自然结果。另一个是我们与哈佛大学的Lucia Nicola和Joost Vlassak的合作，其中包括将我们对薄膜应力演化的模拟与Joost的实验进行直接比较。

一般来说，我认为我所做的是固体力学模拟:一个理想化的模型是由力学方程控制的，然后通过计算来解决。这种模拟可以成为一种强大的工具，用于深入了解无法通过实验直接获得的特征。将预测的观测结果与实验结果进行比较是一种双赢的局面:一致给预测带来信心，而分歧则可以为改进理论和模型的发展指明道路。这种模拟的另一个作用是确定值得实验探索的参数空间区域。我很高兴在与阿瑞斯和德米尔·科克的合作中确实发生了这种情况。固体力学模拟通常缺少的是统计角度。我冒昧地预测，统计观点将在未来变得更加普遍。

在布朗大学的这些年里，我从与许多人的合作中受益匪浅，除了那些已经提到的人。我没有时间一一列举他们的名字，但我要举几个例子:杰出的同事，包括方施、苏布拉·苏雷什、迈克尔·奥尔蒂斯、K.S.金、本·弗洛伊德、罗德·克利夫顿和比尔·科廷;来自世界各地的优秀合作者，包括伊夫·布兰切特、莫特·古汀、诺曼·弗莱克、泽维尔·奥利弗和雷诺·德·博斯特;以及Nick Triantafyllidis、Rich Becker、Xiaopeng Xu、Amine Benzerga和Alfredo Huespe等优秀的学生和博士后访问学者。

我在布朗大学当了34年的教员后退休了，为的是能离孙辈近一点。我非常幸运地获得了北德克萨斯大学材料科学与工程系的职位，这是一个令人兴奋的发展阶段。我最近的一些合作者都是女性研究者，包括茱莉亚·格里尔、伊丽莎白·布肖、凯特·布林森和琳达·沙德勒。我希望能在观众席上看到第一位女性季莫申科奖牌获得者发表演讲。

最后，我要感谢我的妻子旺达，她是一位有成就的精神病学家和精神分析学家。因为她的工作安排，我不得不在追求事业的同时照顾家庭。我很自豪能成为季莫申科奖牌获得者。当我们的孩子还小的时候，我被称为幼儿园妈妈，这也让我感到自豪。那些幼儿园的孩子现在都是教职员工;北卡罗来纳大学英语文学专业的黛博拉和哈佛大学工程与应用科学专业的丹尼尔(我在那里获得了博士学位)。

最后，我对这一非凡的荣誉表示感谢，并感谢所有促成这一荣誉的人。

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