1991年季莫申科获奖感言冯元成

人的力学

通过Yuan-Cheng冯他是加州大学圣地亚哥分校的教授

1991年美国机械工程师协会冬季年会在佐治亚州亚特兰大举行的应用力学晚宴上的获奖感言。

首先，让我感谢那些努力工作给我这个荣誉的人。我知道你付出了多少努力。我要感谢萨里奇博士、博吉博士和所有对我给予照顾的委员会成员。感谢今晚在场的所有人。对于贾顺的话，我无话可说。我像爱兄弟一样爱他。我为被兄弟姐妹表扬而感到骄傲。他是密歇根大学的Timoshenko教授。有了这枚奖章，我可以追上他，向我们的英雄致敬。

我很高兴获得这个奖项，因为季莫申科是我的英雄。他的《弹性》、《弹性稳定性》和《板与壳》是我初识的书。我的另一个英雄是西奥多·冯·卡门。第三位是泊泽维尔，他将流体力学引入医学。他们是我的偶像，我非常幸运地在1976年获得了美国科学院颁发的冯·卡门奖章，在1986年获得了国际生物流变学会颁发的普瓦耶奖章，今天又获得了季莫申科奖章。我想谈谈他们。我认为他们有一个共同的特点，那就是他们发展了一种人的力学，区别于天地的力学。

在性格上，这三个人是不同的。季莫申科有父亲的形象，更不可一世。1949年，我第一次听季莫申科讲课时，他谈到了圣维南在科学和工程方面的杰出成就。他质疑为什么圣维南在法国历史上如此默默无闻。他详尽地寻找原因。我觉得这就像在平安夜听一个关于失踪叔叔的故事。

我从登·哈托格在他的季莫申科奖获奖感言中听到了对季莫申科的另一个很好的描述。登·哈托格说，他在西屋研究实验室的季莫申科手下工作时，完成了一篇关于扭转的论文，但他犹豫是否要发表，因为他不知道这篇论文是否足够重要。季莫申科对他说:“你以为你是谁啊!一个人尽其所能!”一个人尽其所能!我喜欢这种态度。

在冯·卡门的一次演讲中，我听到他以自我评价作为开场白。他说，年轻时他错过了发明收音机，壮年时他错过了发明飞机，老年时他错过了发明核反应堆。当他年老时，他会怀念对太空的探索。所以他只能谈论波，空气动力学和空气热力学。作为一名研究生，我不知道该如何理解这句话，但我记住了。考虑到他的贡献和野心，这对我来说是有意义的。他发明旋涡街的故事是这样的:他在哥廷根和赫曼兹先生交谈，赫曼兹先生花了数年时间测量圆柱体后面的流量。希门斯无法使水流稳定下来。他得到的数据总是振荡的。于是卡门开始研究，在一个周末就写出了整个理论。 When he presented it at a meeting in Paris, Henri Benard said that he had photographed the vortices earlier and there were some differences between Karman's theory and the experimental results. Karman made some quick calculations on the back of an envelope, stood up to explain the differences, and suggested that the street should be called "Boulevard de Benard in Paris." Such stories make Karman inimitable.

普塞耶生于1797年。他进入巴黎综合理工学院学习，并在31岁时获得理学博士学位，论文题目是用小口径水银计测量血压。自斯蒂芬·黑尔斯(Stephen Hales)在119年前(1709年)指出方法以来，他首次获得了准确的血压值。1840年，43岁的他发表了著名的关于水在圆柱形管中的流动的论文。他使用直径为15微米的移液器来避免湍流，这种直径与毛细血管相似。之后，在他那篇著名论文的审稿人的建议下，他只发表了一篇关于用乙醚和汞测量流量的论文。他的传记作者不知道他一生中担任过什么职位，直到他63岁时，他才成为巴黎小学的督学。他于1869年12月26日去世，享年72岁。他举例说明了一篇论文成就一个人。

这三个人并不羞于将机制应用于新领域。他们表明，科学是由人发展起来的，而科学的发展又帮助了人类。在像今年预算削减这样的艰难时期，这条原则值得记住，因为社会总是需要改善很多人的生活，而工程师正是提供这种改善的人。社会总是会提供所需的资源。

我相信这一原则，并没有在个人利益和生存的必要性之间发现太多的冲突。让我简单介绍一下我自己。

我1919年出生在中国。在我成长的年代，中国对自己非常不自信。我对童年的记忆是，圣诞节是到乡下避难的时候，是避开当地军阀争夺领土的战争道路的时候。我记得我的家人挤在一条小船上吃冷鸡。这可能就是我一生都喜欢吃冷鸡的原因。后来，中国的生存问题变得更加困难。在我初中的第一个学年，日本占领了满洲(九一八事件)。第二年，日本侵华上海(一二八事变)，我们逃到了北京。年底，日本侵夺社峰口，我们逃回常州。学生们经常罢工以抗议政府的不抵抗政策。 I entered college in 1937 when the Japanese militarists started the last big push to conquer China. I chose to study aeronautics because airplanes were needed most in China's fight for survival.

1943年，一个由美国大学组成的财团向中国提供了20个研究生奖学金。中国政府举行全国考试，选拔候选人，培训他们的语言，然后送他们上路。我从加州理工学院得到了这个职位。1946年1月6日，当我到达帕萨迪纳市，向厄尼·塞克勒汇报情况时，厄尼哈哈大笑，说助学金已经过期两年多了!但他雇我当助理助理。我继承了一个由冯·卡门和路易斯·邓恩建造的小风洞，用来研究塔科马海峡悬索桥的颤振，我还被要求研究一个抽屉，里面装满了托尼·比尔特写的关于这座桥颤振理论分析的笔记和草稿纸，并写一篇关于它的报告。这就是我如何进入空气弹性学的。不幸的是，冯·卡门已经退休了，比奥去了纽约，邓恩去了喷气推进实验室。我在空气弹性学上没有导师。数学教授亚里士多德·米哈尔把我置于他的羽翼之下。 He taught me Frechet derivatives, with which I began my thesis on airplane dynamics.

1948年，我获得了航空学博士学位，并留在了学校。Ernie Sechler是我的导师。我对他怀有极大的爱和尊敬。无论我做什么，他都能告诉我一种更简单的方法。他是一位明智的顾问，也是一位热情的朋友。我们在后掠翼设计、壳体屈曲、洲际弹道导弹基底硬化、火箭结构、燃料晃动等方面合作了20年。
1957年，我开始自学生理学。我在德国的哥廷根休假。我住在普朗特和冯·卡门的老研究所。我发现它在空气弹性方面的研究相当枯燥，但隔壁的生理学图书馆非常出色。我去图书馆的原因是我母亲的青光眼。我把最近发表的有关青光眼的文章翻译成中文，寄给在中国的她，交给她的外科医生。回到加州理工学院后，我开始和Sid Sobin、Wally Frasher和Ben Zweifach一起研究生理学。我们一起写了关于毛细血管、红细胞、细胞和血管的相互作用以及活体软组织力学特性的论文。我发现连续介质力学对于阐明这些主题是不可或缺的。1966年，我从加州理工学院辞职，来到加州大学圣地亚哥分校，全身心投入生理学和生物工程的研究。

我想证明生理问题可以用工程方法来解决。和Sid Sobin一起，我选择了研究肺部的血液循环。令人惊讶的是，对文献的深入研究几乎没有发现关于肺血管系统的可靠基础数据。我们需要的肺解剖和材料的生物流变性能的基本信息不存在。我们必须自己获得它们。因此，我们必须先把自己变成解剖学家和组织学家，然后才能用数学工具研究生理学。这个项目很简单，但道路很长。对于肺循环，我们花了12年才完成第一轮手术。但我们在路上玩得很开心，到处都发现了许多漂亮的鹅卵石。我们收集的数据可以用来解决其他问题。 The theory worked out can be used clinically. Our patience was pretty good because a master plan existed and we knew the value of every link in the chain. But the importance of longevity became evident.

临近退休时，我进入了另一个领域:研究组织生长和身体压力之间的关系。这个问题是从家里开始的。我的妻子露娜有一点高血压，可以用二氮肼控制。但是她不喜欢吃药。所以她服用二氮肼直到她的血压下降，然后她停止等待，直到血压再次上升，再服用另一颗药。这不是医生的处方，我想知道这是不是个好主意。所以我做了一个研究项目。这个项目结果充满了惊喜。例如，我发现当血压变化时，我们的血管会很快进行自我重塑。如果血压随时间的阶跃函数升高，血管壁的结构变化将在一到两个小时内被检测到。 Generally, the inner wall of the blood vessel will thicken first, doubling its thickness in two or three days. Then the outer wall thickens, and can be doubled in about 10 days. Furthermore, the residual stress in the vessel wall changes. Residual stress can be revealed by cutting a vessel segment into a ring, then cutting the ring open radially. The ring opens into a sector. The opening angles of normal arteries vary from place to place in the range of 0 to 90°, but in the aortic arch region it could be about 180°. In the pulmonary trunk it can be 360° or larger, i.e., it has so much residual stress that if it were given a chance to reach zero-stress, the vessel will turn itself inside out! Isn't that amazing! With a stepwise increase of blood pressure, the opening angle will increase first, reach a peak in 2 days, then decrease to an asymptotic value. The up and down swing of opening angle can be as large as 90-100° in some places. Our blood vessels are that alive! Associated with the structural changes, the mechanical properties change also. The constitutive equation changes with time. They are not constitutional laws at all.

这些结果发表在诸如《循环研究》、《应用生理学杂志》、《美国生理学杂志》、《生物力学工程杂志》等医学期刊上，所以我不是在讲故事。你马上就能理解其中的机制。我希望医务人员也能像你一样容易被说服。

幸运的是，当血压恢复正常时，这些变化在很大程度上是可逆的。因此，看来我妻子是对的。于是她说:“好吧。那你为什么不就此打住呢?为什么你还在谈论泛化，以及更多的实验?为什么你必须有一个应力增长定律，就像你所说的，某种本构方程的平方?”

我以普塞耶为借口。我说:“勃塞维尔知道他的第五篇论文是他最好的。我仍然认为我的下一篇论文会更好。我还在经历我的正常经历。我通常的经历是这样的:出现了一个问题。看起来很难。这是不可能破解的。我每天都在做这件事。我脑子一片空白。然后突然变得清晰起来。 It becomes simpler. Soon it is so simple that it is indeed trivial. I wonder why I did not see it before. So I throw the scratch paper into the waste paper basket. But the experience is pleasant. I call it life's little pleasure. I am still getting these little pleasures. But although the big one has not come, I like the little ones. That's the secret of my life I want to share with you.

最后，我要衷心感谢应用力学部的同事和朋友们给予我如此温暖的肯定。谢谢大家，祝大家一切顺利。