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固体力学家和教育家―陈百屏

作者:  文章来源:校友网  发布时间:2012-11-27  浏览次数:2

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陈百屏

(1913— )

陈百屏,固体力学家和教育家。在构架结构的矩阵分析方法和弹性结构力学的研究中作出了成绩。

陈百屏,1913年4月18日出生于安徽省庐江县葛庙乡一个农民家庭。从少年时起,他就怀抱科学救国的宏愿,刻苦求知,努力学习。1931年,他以优异的成绩自高中毕业考入上海交通大学电机工程系。1935年毕业,取得工学士学位。

陈百屏大学毕业时,正值日本帝国主义侵占我国东三省、热河(1956年分别并入河北,辽宁两省及内蒙古自治区)之际,目睹祖国山河破碎的悲惨情景,他义愤填膺,痛感要振兴祖国,洗雪国耻,非得有发达的工业和强大的国防力量不可。出于“航空救国”的热忱,他毅然进入南京中央大学(今南京大学)机械特别研究班深造。这个研究班实际上是航空工程研究班,是为了避开日军耳目而称为机械班的,后来它发展成为中央大学航空工程系。为争取时间尽快出人才,研究班取消寒暑假,把两年的课程集中在一年半内结束,学生于1936年底毕业。在此后的10年中,陈百屏一直在中央大学航空工程系执教,承担应用力学、材料力学的教学工作,同时从事科学研究,撰写科学论文。现代著名的固体力学家、生物力学家冯元桢,空气动力学家沈申甫,当时都是中央大学航空工程系的学生,受过陈百屏的指教和熏陶。

1945年,抗日战争胜利后,陈百屏考取公费留学。但为了照顾母亲和妹妹的生活,直至1947年初才去美国攻读。他先在斯坦福大学,后转至布朗大学应用数学系,在著名力学家W.普拉格(Prager)和D.C.杜拉克(Drucker)指导下深造,于1950年获得哲学博士学位。在名师指导下,陈百屏的博士论文在内容与方法上仍有他自己的特色。

取得博士学位后,当时许多师友挽留他在美国工作,但陈百屏决心响应中华人民共和国的召唤,冲破重重阻力回到了祖国。

1950年9月,陈百屏回到北京,并于国庆节被邀请登上天安门观礼台观礼。他看到祖国的建设事业犹如旭日初升,前程似锦,心情十分激动。观礼后立即到大连工学院工作,任应用数学系主任,在那里他很快就与青年教师和学生打成一片,共同研究业务、进修俄语,学习政治,气氛和谐温暖,人也好象变得年轻了。在大连期间,陈百屏为改革教育体制,编订应用数学专业教育计划,制订具体课程的教学内容,为大连工学院应用数学系的创建和发展付出了心血。

1952年秋,因国防建设的需要,陈百屏调入中国人民解放军军事工程学院,参加了中国人民解放军的行列。先后任学院的数学教研室、理论力学教研室、飞机结构强度教研室主任。在和许多老红军、老八路的接触中,深感他们对革命事业的忠诚,大公无私,纯朴可亲。因此,在哈尔滨的近20年中,陈百屏心情舒畅,思想进步,认识到要建设好中国,必须依靠中国共产党的领导。他不计较个人名利,服从工作需要,1960年,从基础教研室调到专业教研室,被授予上校军衔。1961年,他加入了中国共产党。1964年被选为第三届全国人民代表大会代表。此后,他积极响应党的向科学进军的号召,领导一批青年同志开展科学研究工作,并多次到外地研究所、工厂指导产品的设计和研制。同时,他亲自担任新课程的教学任务,亲自编写新课程教材。

1970年7月以后,陈百屏在西北工业大学担任教学、科研工作,并一度担任飞机系副主任。1980年,他参加航空工业部的代表团到美国参观访问,会见了美国科学院院士B.布扬斯基(Budianstey)、著名断裂力学专家J.H.赫钦逊(Hutchenson)等许多新、老朋友,感到格外高兴。同时,又一次亲眼看到我国与发达国家在建设、科研上的差距。回国后,他带领一批学生和青年教师,先后开展结构的自对偶性质、广义应变法方面的研究。通过这些课题的研究,既取得了成果,又为我国的航空工业培养了一批硕士和博士研究生。

此外,陈百屏历任中国力学学会理事,航空工业部学位委员会、科技委员会委员,《力学学报》、《应用数学与力学》、《中国大百科全书·力学》编委等职。除任第三届全国人民代表大会代表外,还先后被选为哈尔滨市和陕西省人民代表大会代表。

 

开创构架结构的矩阵分析方法

在本世纪初直至中叶,桁架、刚架等构架结构是桥梁、高屋建筑,乃至飞机机体等众多工程结构中最常采用的一种构造型式。如何有效地计算桁架、刚架在受到外载荷时产生的内力和变形是非常重要的问题,特别是桁架,由于它的构造和受力比较简单,更引起许多工程技术人员的兴趣,并发展出许多种分析方法,最常见的有节点法、截面法,虚位移法等。但这些方法都是以内力作为基本未知量,而且要想有效地使用这些已有的方法,就必须对每一个具体问题逐个地进行分析计算,因此,既缺乏一般性,效率也低。

1947年,陈百屏提出了一种被力学家、土木结构学家赞誉为与已有解法“截然不同”的新的桁架计算法。这是陈百屏对结构力学和矩阵理论经多年潜心钻研获得的成果。其主要特点是:杆件中的内力通过结点位移来表示;依据结点的平衡条件解出结点位移,然后由位移算出内力。以上的物理内容用矩阵统一表达和处理。

这种方法对杆件很多而结点数较少的桁架计算的优越性,在技术上是显而易见的,只要一次算出逆矩阵,就可以算出许多具体结果。这种方法不只是在形式上把矩阵作为联立方程式的一种缩写工具,而且利用了矩阵的实质性内容。最有意义的是,这种方法把原来需要逐个个别处理的方法,规划化为可以统一处理的格式。

 

此后,陈百屏又把上述方法作进一步发展,用于复杂结构。他的这一研究结果,为许多西方国家出版的教科书和专题论文所引用和推崇。它不但对结构力学中的矩阵力法、矩阵位移法的发展有重大影响,而且对有限元方法的形成也起到推动作用。

 

创立与发展广义应变法

从70年代起,弹性结构分析已是一门成熟的科学,以有限元法为主体的计算方法也在国内外被普遍应用。陈百屏认为,当前有限元方法有了很大的发展,在弹性结构的分析上是求快,快是主要矛盾。但达到快之后,就需要在理论上总结提高,精益求精,否则快而不精,终究还要被淘汰。这就是说,对于弹性结构分析,不但要求快速而实用性强的计算方法,还应有统一的、掌握弹性结构根本性的精密理论和方法。这是他发展广义应变法的思想基础。

广义应变法是陈百屏从60年代起,经过20年代乃至80年代的潜心钻研和不懈努力,逐步发展、定型的。在广义应变法理论中,他认为弹性体的外观虽然各有区别,例如桁架与梁,它们各不相同,但都从属于一定的普遍属性。其中很普遍的一类,为自对偶结构。这是广义应变法的研究对象。自对偶结构的状态,可以用4个广义向量来规定。其中包括广义应变向量,它的元素可以是普通的应变,也可以是位移和其他规定物体变形的量。自对偶弹性体的根本特性,是相应的矩阵方程的自对偶性质。这表现了弹性结构的客观存在的内在规律性。自对偶结构的求解,使用广义应变为基本未知量的广义应变法,也可以用广义应力法或直接刚度法。因此,可称广义应变法理论为三合一理论。陈百屏还同青年教师和研究生一起,把广义应变法应用于弹性结构的最轻解问题的研究,彻底解决了基本桁架结构的最轻解的存在、求解和特性问题。  在中国科学院基金的支持下,陈百屏就广义应变法写了《弹性结构力学中的自对偶性质》、《关于弹性结构的最轻解的内部规律性》等论文,并在此基础上,编写了《应变法》丛书。他的研究工作,先后获得航空工业部和陕西省的科技成果奖。

 

献身教育事业

陈百屏一直从事高等教育事业。他认为即便是有名望的专家教授,也应承担一定的基础教学任务。他经常向大家介绍他的导师、举世闻名的力学家普拉格教授,在承担繁重的科研工作的同时,还担负大学生的投影几何课程的事例,以勉励青年教师做好教学工作。他自己多年来一直承担高等数学、理论力学和弹性力学课程的教学任务。他备课细致认真,工作任劳任怨,是最受学生欢迎的教师之一。

在教学方法上,陈百屏主张深入浅出,在讲解问题的物理本质上精益求精。有一些国外通用教材中的提法和写法不够恰当,或数学推导过于繁琐,掩盖了问题的物理本质,经他改写,就变得准确且简明易懂了。

陈百屏对待学生热情,没有教授架子。他的严谨求实、善于创新的治学风格,专心致志、忘我工作的精神风貌,以及对学生和蔼可亲、言传身教的高尚品德,对学生和青年教师产生了深远的影响。他为祖国培养了第一批航空院校的固体力学硕士和博士研究生。在他所培养的学生和青年教师中,有许多已担负着国家有关部门的重要技术领导职务,有的已是高等院校有关学科的博士研究生导师或专家。  

简历

1913年4月18日 生于安徽省庐江县。

1931—1935年 上海交通大学电机工程系学习,获工学士学位。

1935—1936年 中央大学机械特别研究班学习。

1937—1947年 先后任中央大学航空工程系助教、讲师、副教授。

1947—1950年 先后就读于美国斯坦福大学、布朗大学应用教学系,获布朗大学硕士、哲学博士学位。

1950—1952年 任大连工学院教授、应用数学系主任。

1952-1970年 任中国人民解放军军事工程学院(1966年改名哈尔滨工程学院)教授,数学、理论力学、飞机结构强度教研室主任。

1970年 任西北工业大学教授、博士生导师,并曾任飞机系副主任。

 

主要论著

1 Chen Baiping.DyadiC analysis of space rigid framework.JOurnal Of Franklin Institute,1944(238):325—334.

2 Chen Baiping.Matrix analysis of pin-connected structures.Proceed-ings of ASCE,1947(73):1475-1482.

3 Chen Baiping.The equivalent loading method and the equivalent beam method.Quartely of Applied Mathematics,1949(7):183—200.

4 陈百屏.钉节构架的区格阵量分析.中国科学,1951(2):133—147.

5 陈百屏等.多层排架的矩阵分析.土木工程学报,1954(1):163184

6 陈百屏.特殊连输问题的图解.力学学报,1958(2):276—282.

7 陈百屏.环形梁塑性动力响应特性研究.应用数学与力学,1989.

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