兹德涅尔k P.在接受2009年铁木申科奖章的讲话Bažant^1

ASME国际机械工程大会
2009年11月17日，佛罗里达州奥兰多

一个幸运的机械师的回忆与思考万博体育平台

主席先生，女士们，先生们:

当我从布拉格写信给伟大的斯蒂芬·p·季莫申科时，我做梦也没想到我能获得一枚刻有他名字的奖章。我感到无比的幸运和谦卑，能够加入以前的奖牌获得者的尊贵群体，并接受这一荣誉，深深感谢应用力学部选择我，并感谢我在西北大学的伟大的固体力学同事们的友谊和激励。我感谢我优秀的学生和同事们的合作;我的大学有很好的学术环境;许多机构寻求资助;还有我的妻子伊娃，感谢她的爱和支持。如果没有这些，我今天就不会站在这里。

我非常同情季莫申科，他在加入美国之前的职业生涯中遭遇了许多挫折。我也是，只是比较温和。但克服挫折会坚定一个人的决心，并可能提供意想不到的机会和丰富。

季莫申科和我的成长岁月恰逢上个世纪最大的灾难，共产主义在俄罗斯的胜利和三十年后它在我的祖国的强加。他的人生故事令人惊叹。他的父亲是个勤劳的人，出生在农奴制家庭，相当于俄国的奴隶制。克服重重困难，他成为了一名土地测量师，并设法为儿子安排了良好的教育。季莫申科在科学上取得了早期的成功，在学术界迅速上升到基辅的院长职位，但他却因为超过了犹太学生的录取配额而被解雇。1917年的布尔什维克革命对他的学术生涯造成了长期的挫折，并使他的家庭陷入贫困。在经过克里米亚和土耳其的冒险逃亡到西方之后，他在萨格勒布短暂地教书，并在42岁时加入了西屋电气，走上了成名之路。

我很幸运地出生在一个伟大的知识分子家庭。我的早期教育很大程度上要感谢我的父亲zdenk J. Bažant，他是布拉格的岩土工程教授，我的母亲Štěpánka，社会学博士，还有我的祖父zdenk Bažant，他是布拉格的校长和结构力学教授(他自IUTAM成立以来一直活跃在IUTAM，并在纳粹集中营Teresienstadt幸存下来)。

然而，我的家庭背景在政治上并不适合那个时代。1948年2月25日共产主义政变后的头几年，对我们家来说，是焦虑的几年。我母亲的老板和朋友米拉达Horáková因捏造的政治罪名被处决，社会学作为资产阶级科学被禁止。我的外祖母是一位非常成功的企业家，她的财产被收归国有。尽管我的父母很有远见地把他们租来的大公寓捐赠给了国家，但我在学校里还是被归类为资产阶级的孩子，并被安排到克拉迪诺当煤矿工人学徒。那是我职业生涯中最大的危机。然而，由于一场偶然的疾病(病情夸张得使我的身体不适合当学徒)，以及一位家族朋友的政治干预，我终于幸运地在1952年上了高中。

在那里，我迷上了数学，并参加了数学奥林匹克比赛，一直到全国参赛。我必须承认，这是共产主义者从俄罗斯复制过来的一项优秀的教育创新。随后，我在布拉格的捷克技术大学接受了传统土木工程方面的扎实教育。1960年毕业后，我成为了家族的第五代土木工程师。

在毕业典礼上，我意外地被邀请参加晚会。这是一个严峻的选择。如果我接受了，我就能获得晋升，虽然要付出很大的道德代价。在苦苦挣扎中，我终于找到了拒绝的力量。随后，我的研究生申请因政治原因被拒绝。我从来没有读过研究生，但季莫申科也不是。这个挫折最终变成了优势。如果我被研究生录取，我可能不会对我今天因解决这些实际问题而感到荣幸的问题产生兴趣。

我被分配到一家名为Dopravoprojekt的国有公司，担任桥梁工程师。这让我第一次接触到季莫申科的作品——在实践中经历了一段可怕的不稳定时期。我在布拉格附近的兹布拉斯拉夫监督建造一座横跨伏尔塔瓦河的细长拱桥。安装程序是创新的。在轻型脚手架上，钢筋被焊接成桁架拱。拆除脚手架后，拱门自支撑，通过浇筑混凝土层逐渐加强。我站在高高的断头台上(在那样的高度我感到头晕目眩)，指挥着去中心化。在支撑部分松动后，我注意到巨大的拱产生了缓慢的横向振荡。我吓了一跳，尖叫起来:“呸!”(回来了!)。

然后我找到了Timoshenko和Geer关于稳定性的书，查阅了能量法，清楚地解释了，并估计了这个桁架拱的侧向剪切屈曲的临界载荷。看来侧支是不够的。如果从脚手架塔上完全松动，拱门就会向一侧坍塌。

从那时起，我开始收集笔记，这些笔记导致了三十年后我与路易吉·塞多林合著的《结构稳定性》一书。也是在那个时候，我父亲给我看了一些我祖父在第一次世界大战前与季莫申科的通信。这并不奇怪，因为当时捷克人喜欢与反对奥地利君主制的国家建立联系。

幸运的是，没有读过研究生并没有给我带来挫折。我意识到，在国家官僚制度下，分配给一个项目的工作时间会随着难度的增加而急剧增加，于是我自愿参加了这样的项目，认为这样可以节省很多时间在工作场所学习。而且，如果得到公司党支部的批准，就有可能在全职工作的同时作为校外学生获得博士学位。这意味着不上任何课就能通过考试，独自完成论文。我正好见了我的论文导师两次，第一次是为了得到他对我所建议的研究的批准，第二次是为了发表(1963年)我关于混凝土结构蠕变效应的论文(后来作为一本书出版)。

我认为这是一个遗憾，现在这种外部学习是不可能的，因为在工业中有工程师可能受益。当然，独自学习需要更多的时间，而且会产生各种错误的先入之见。然而，通过最终意识到它们为什么是错误的，一个人将比在正规课程的指导下沿着一条顺利的学习道路更彻底地掌握这门学科。

博士毕业后，我利用了布拉格查尔斯大学brdi卡教授的一项优秀创新。他开设了一门为期两年的理论物理课程，专门为工程研究人员开设，不涉及他们应该已经知道的任何物理和数学。每周六，他讲授统计力学、量子力学、化学热力学、麦克斯韦方程等。虽然我已经忘记了大部分，但在需要的时候重新学习比重新开始要快得多。当我在美国进入材料建模时，这变得很有用。遗憾的是，今天不存在这样的课程。当然，有很多短期课程，暑期学院等，但这些科目不能很快消化。

在加入捷克技术大学后，我的研究涉及测试各种尺寸的层压板和管的抗压强度。由于脱层层的屈曲，墙失效了，在我看来，这就像一个正交各向异性连续体的三维屈曲模式。我设法弄到了Biot的书，以及Trefftz、Biezeno和henky、Neuber和Southwell的论文，这些都是关于三维连续体稳定性的临界状态准则的。令人费解的是，他们每个人都得出了不同的标准。

于是，我在1965年想到给季莫申科写信。令我高兴的是，我收到了一封和蔼可亲的回信，不是来自斯坦福大学，而是来自德国。他写道，几十年来，这一直是一个有争议的未解决问题。我受到了这样的鼓舞，就定期地回去看，但毫无进展。多年后在多伦多，这个解突然在我脑海中闪现——如果将与不同有限应变措施相关的切向弹性模量适当地转换为未知临界应力的函数，那么所有这些临界状态准则都是等价的，同样简单的转换也建立了Jaumann、Cotter和Rivlin、Truesdell和Oldroyd的客观应力率和Lie导数的等价性。以及Engesser和Haringx的剪切屈曲理论。

这次经历证实了托马斯·阿尔瓦·爱迪生的观察:“发现是99%的汗水和1%的灵感”。当然，要解决一个难题，你必须热爱它，全身心地投入其中，甚至在夜里做梦。如果感到沮丧，可以在其他事情上工作一段时间，但一旦细节被忘记，就再回到原来的工作上。重新思考可能会产生不同的想法。在乘坐滑雪缆车、做演讲或坐在交响乐大厅时，正确的答案可能会出乎意料地出现在你的脑海中，但前提是你全神贯注地思考这个问题。那些认为自己可以朝九晚五从事研究的人，即使非常聪明，也一无所获。

1966年我向西方的过渡是一个复杂的故事，但比季莫申科的要容易。幸运的是，在巴黎和多伦多近两年的博士后研究让我填补了许多教育上的空白。我把大部分津贴都花在了参加会议和参观实验室上。在纽约的IABSE, Boris Bresler教授邀请我去加州大学伯克利分校，参与他的气冷反应堆项目，该项目需要分析混凝土中的蠕变和化学-湿热效应。和季莫申科一样，布莱斯勒也是成功逃离共产主义俄罗斯的难民。他的家人逃到了东部而不是西部，在中国接受了所有基础和工程教育后，他最终成为了旧金山湾区对岸的铁木申科的邻居。

在20世纪60年代，混凝土以及更好的复合材料、岩石和其他准脆性材料的材料模型和结构分析方法仍然非常简单。由分布裂纹引起的渐进性软化损伤要么被忽略，要么被误表示为塑性。尺寸对结构强度和延性的影响要么被忽视，要么被认为仅仅是统计上的，因此被认为是安全系数的一部分。但随着计算机和有限元法的出现，一切都将发生变化。

1968年圣诞节后，当我来到加州大学伯克利分校时，情况已经发生了翻天覆地的变化。雷·克拉夫(Ray Clough)发明的有限元素吸引了每个人的注意力。我对混凝土的断裂已经很好奇了，多亏了我以前在巴黎的著名导师Robert L’hermite，我被Jose Rashid的想法迷住了，他用有限元模拟核反应堆容器的破裂，以一种涂抹的方式——通过应变软化。

然而，戴维斯大厅的所有这些兴奋并没有在街对面的蚀刻弗里大厅的机械系分享。我想我是戴维斯大厅唯一一个定期参加他们研讨会的人。Naghdi教授，当时的主席和连续介质力学大师，注意到我，问道:“顺便问一下，你对什么感兴趣?”“应变软化，模拟混凝土和岩石的分布开裂。”我回答。然后，他用略带讽刺的语气劝我说:“年轻人，走这样一条有争议的道路，你永远也得不到终身教职。一个矩阵不是正定的切模张量不是一个好的概念。具有这种性质的材料并不存在。它们是不稳定的，不能传播波。”很快我意识到，普拉格、德鲁克、里夫林、曼德尔等连续介质力学巨子也有同样的想法，并且有以阿达玛尔为首的经典著作支持他们的观点。

所以我决定安全起见，只关注作为纳米多孔材料的混凝土的湿热效应和蠕变。这是另一个大问题，我之前在多伦多是由访问教授Treval Powers介绍的，在我看来，他是上世纪最杰出的水泥物理学家(令人难以置信的是，他从未被选入NAE)。

1969年秋天加入西北大学是另一个幸运之举。这让我第一次尝到了美国学术自由的滋味——这是一笔巨大的财富，而在许多国家，资深教授有权控制他所在研究所所有助理教授和副教授的研究。我被聘为教授结构工程，很高兴专注于力学和材料没有问题。我的同事、学生、资金和学术环境都很好，我的职业生涯也没有再遇到挫折。

不可避免地，我卷入了关于应变软化损伤、准脆性断裂、岩土材料、复合材料和海冰的尺寸效应、非局部模型、混凝土和岩石断裂试验的标准化、混凝土结构中的蠕变和湿热效应、水泥凝胶中纳米孔隙水的热力学、安全系数的确定、设计规范的更新等方面的冗长争论。但是已经取得了进展。而且，它也很有趣，只有一个例外:世贸中心倒塌的解释。

如果我女儿不在附近工作，我是不会尝试的。就在第一架飞机坠毁后，她叫我:“打开电视!”看到她的房子在烟雾中消失，我很担心。然后，像每一个结构工程师一样，我被倒塌惊呆了。我立刻意识到这将成为与塔科马海峡大桥同等重要的一课，于是打电话给我的助手周勇。他从互联网上提取了塔楼的主要数据，但没有提取柱子的横截面积。我们根据纽约建筑规范的风荷载条款迅速计算出了这些数据，两天后我们提交了解释倒塌原因的论文。这就是我如何成为所谓的“9/11真相”运动中出于政治动机的错误信息运动的最受欢迎的目标。

在西北大学，我首先关注的是混凝土蠕变。我得到的最简洁的结果，即所谓的AAEM方法，是沃尔泰拉积分方程的许多计算机解的简单结果，现在在所有设计规范或推荐中都有体现。令我惊讶的是，结果与老化粘弹性的柔度和松弛函数的某种组合一致达六位数。显然，一个简单的代数关系必须存在。那时，不需要什么天才就能找到它。

准脆性破坏的尺寸效应定律也是如此。和我的助手b - h。我们首先根据现有的少量测试数据校准了裂纹带模型的程序。然后用它模拟了许多几何结构的尺寸效应图。所有的图在无量纲坐标中几乎是相同的。知道了这一点，我不需要神灵的启示就能推导出这条定律。

当然，强力计算机模拟无法提供全面的理解。但是，如果仔细校准，它们可以扩展实验证据并揭示基本趋势。因此，人们可以获得分析模型的线索——这是最终的奖励。

我一遍又一遍地使用这种方法。最近，与s。d。彭日成和j.l。Le，我成功地推导出了原子尺度上强度的尾部分布，但在确定准脆性结构强度或寿命的概率分布方面没有取得进展。所以我们转向蒙特卡罗模拟多尺度转变。模拟分布高精度地揭示了幂律尾部是不可破坏的，它的指数在尺度上是可加的，并且在高斯部分和威布尔部分之间存在一个尖锐的弯曲。然后，用分析的方法来证明它是“小菜一碟”。

在我的学习过程中，我有时会想，当美丽的事实，如弹性柱的临界载荷，还在等待发现时，这一定是一个多么美妙的机会啊。但类似的机会在今天依然存在，而且实际上更多。人类不断增长的知识体系可以想象成一个球体不断增长的体积。未知的是无限的外部，而目前可知的只是与球体表面接触的东西。随着表面的增长，可知的未知也随之增长，代表着需要解决的问题已经成熟。

弹性框架分析就是一个例子，这个问题在1920年左右变得成熟，并在40年后变得封闭。但到1900年就已成熟的湍流，仍远未成为一个封闭的主题。让我大胆地预测，损伤和准脆性断裂的力学，连同它的尺度和跨学科的耦合，是一个相同维度的问题，即使从现在起一个世纪也不会变得封闭

最后，让我借用莎士比亚的话:

我怕你不喜悦;
我的宫廷说我的职责;
还有我的演讲，请原谅。”

笔记

1. 发布在AMD存档在哈佛大学www.万博manbetx平台iMechanica.org;发表在ASME-AMD通讯2009上。
2. Bažant, Z.P.(1993)，“大学研究和研究生课程的公共经费”;点。Soc。Engrg。教育(ASEE)百年年会会议程序， 1993年在伊利诺伊州厄巴纳举行，第341-345页(下载)G2.pdf(网址:Bažant)。
3. Bažant，赵正平(2002)。“四十年来在减轻损害和规模效应方面的斗争与进步的回忆”(英、日文翻译)。混凝土杂志(东京)40(2)，16-28(日本混凝土学会周年纪念);和更新版本重新发表于力学（点。机械学院[3] .中国科学:地球科学，2003,1 -10(下载)S45.pdf(网址:Bažant)。
4. (2006) Bažant。“展望固体力学的未来”(客座社论)。应用力学J. ASME 73(三月)，181-182(下载)G5.pdf(网址:Bažant)。
5. 亨利四世