1986年，乔治·r·欧文接受季莫申科奖章的演讲

发现与发明评论

这是在美国机械工程师协会1986年冬季年会应用力学晚宴上发表的讲话文本。

关于这些评论的主题，我被告知某种类型的标题是强制性的，所以我给出了一个看起来相当令人印象深刻的标题。仔细一想，我几乎没有什么相应的令人印象深刻的评论。我突然想到，作为一种描述性模型，结构材料中裂纹的向前运动可能会引起一些兴趣。基斯、沙利文和欧文在1950年发表的一篇技术论文中指出，渐进性压裂通常是由于超前分离的发展和结合而发生的，而且这些局部行为往往相当突然。利用动机作为驱动力，用“先进思想”代替“先进分离”，一个合理的先进技术进步的描述模型似乎是可能的。当然，有关发展和加入先进思想的细节是需要的。这些因素包括动机、机会、指导和信息交流。在1985年的季莫申科奖章评论中，斯特恩伯格指出了一些没有帮助的研究管理特征。人们所喜欢的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反思之后，我认为我认为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，季莫申科撰写的《材料强度的历史》(History of Strength of Materials)中对达芬奇、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画的草图，我对这幅画特别感兴趣，因为它描绘了一台断裂强度试验机。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举行了。一个永久的结果是雷纳尔赠送的一本华丽的大书，里面有达芬奇绘画和素描本的真实副本。其中包括对他职业生涯的描述。由此我了解到，在他年轻时，应校长的要求，他被从一所职员学校开除了。后来，他在一家艺术商店找到了一个职位。从那时起，他的职业发展，如你所知，是非凡的。至于他对断裂强度的兴趣，当时制造铁丝的过程只在有限的程度上实现了自动化。 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:

“观察是什么重量折断了电线，电线的哪一部分断了。然后把铁丝缩短一半，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，把它分成不同的长度，并记下折断的重量和折断的地方。”

这里有一个推论，短长度的金属丝比长长度的金属丝具有更大的断裂强度。考虑到不同严重程度的缺陷的数量，这种性质的结果在平均基础上是可以预期的。然而，达芬奇的评论并没有提出一个确定的效果观察，这在性质上是可变的。此外，人们可以注意到，如果进行测试的人发现使用前一次测试提供的最大一段电线来缩短每次测试长度是方便的，那么强度就会随着测试长度的缩短而增加。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，季莫申科觉得他们很困惑。

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快速的进展，同时人们对试件长度对纤维强度的影响重新产生了兴趣。结果一致显示试样长度尺寸效应，很明显，纤维的强度在很大程度上取决于工艺处理引入的可变尺寸缺陷。当纤维与基体的黏附能够在缺陷区域传递载荷时，可以获得最佳的复合材料强度，因此当纤维长度很短时，有效纤维强度值较高。尽管他的评论很奇怪，伟大的达芬奇可能已经很好地理解了缺陷对铁丝强度的影响，但我们不认为他发现了断裂苏效应的统计学方面。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得到认可，除非发起者能够以足够清晰和有影响力的方式传达发现，以吸引成果的有用应用。我参加了1946年在巴黎举行的应用力学国际会议。本文讨论了弹丸穿透平板时的减速力。在场唯一对这个话题表示兴趣的人是沙丁。在柏林高等学校，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·卡门提供的。泰勒讨论了圆柱体与平板碰撞时塑性波的传播。冯·卡门讨论了金属丝中突然施加张力时塑性波的传播。他们的研究是完全独立完成的，他们得出了类似的塑料波行为的解析表达式。这些以及随后的相关研究为我们提供了大量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.

回到过去，我很欣赏法国工程师万豪特(marriott)的一些发现。1650年至1680年期间，万豪负责凡尔赛宫和毗邻公园的部分工程建设工作。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地方，这就造成了压力容器的问题。万豪酒店以达芬奇的方式通过证明测试解决了这个问题。通过向上延长立管长度，将压力增加供应给圆柱形测试容器。可能他选了一个方便的山坡位置。他向法国科学院报告了他的研究结果，这些结果出现在该科学院的会议记录上，大约在同一日期，胡克选择发表他的“胡克定律”拼字构词法的解决方案。Marriotte观察到血管周长随压力增加的分数变化，发现两者成正比。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，测量周向张力时，可能是用一根胶带绕着血管，我对他独立发现胡克定律深表同情。 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.

有些旧观念，就像老兵一样，会逐渐消失，而另一些则会经久不衰。通常他们会穿不同的服装。Freund和Achenbach最近关于动态压裂的论文以一种特殊的形式使用了Marriotte断裂准则。一个概念能否存活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和有益的。1950年，Green和Sneddon发表了一个在法向拉力作用下的平坦椭圆裂纹周围的应力-应变模式的解。作者说，他们应用于他们的问题的分析方法，可以在大约50年前发表的两篇论文中找到。一种是研究液体流过垂直于流的平面椭圆板。另一个是关于一个相似的平面椭圆物体的引力场。在几个简化假设的帮助下，Green和Sneddon提供的解决方案在估计板中部分穿透表面裂纹的相对危险方面非常有帮助。 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，以及传播所观察到的东西的适当方法。在材料强度领域，我们还没有穷尽描述性科学的价值。然而，观察到的行为模式，当足够清楚时，往往导致分析模型，这些是基本的重要性。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。

我只有几句结束语。我通读了1986年美国机械工程师协会奖的获奖名单。以我所熟知的工程师为例，我们有大量的工程师，他们工作的实用性值得肯定。花时间推荐或评选获奖者的协会成员也值得表扬。1946年，我获得了海军部颁发的奖项。他们显然认为我做了有用的事情。我可以做一些有用到值得注意的事情，这种想法产生了显著的结果。它让我从一个物理学家变成了一个工程师。在工程的各个领域，特别是在研究活动中，动机是一个重要的驱动力，有用性是一个重要的目标。