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癑ֹ清华

我国有限元法应用研究的开拓者——冯钟越

2007-03-14 |
我国有限元法应用研究的开拓者——冯钟越

我国有限元法应用研究的开拓者——冯钟越
?者:(x) 发布日期Q?007-03-14

张树(wi)?/FONT>

  冯钟,Q9Q1q_(d)Q月Q1日出生于北^Q今北京?jng)?j)。祖c河南省唐河ѝ祖父冯台异是清朝进士,在湖北崇阛_q知ѝ父亲冯友兰曾QW四届全国h大代表,W二、第三、第四届全国政协委员Q第六届全国政协常委Q北京大学教授,是国内外著名学者。母亲Q载坤毕业于北京女子师范学校,是辛亥革命前辈Q芝铭的女ѝ冯钟越先后在昆明、北京完成了从小学、中学到大学的全部学业。1Q5Q年毕业于清华大学航I系。在大学M时他是中国׃党联pȝU极分子Q于Q9Q2q加入中国共产党?/P>

  冯钟开始参加工作走向生zȝ时候,正g华h民共和国成立不久Q国民经徏讄序幕刚刚拉开Q第一个五q计划开始v步,航空工业作ؓ(f)一个新兴的工业部门开始徏设。作Z个共产党员,他放弃了留校和去昆明工作的愿望,毅然报名服从l织分配Q到国家最需要的地方去,于是被分配到沈阳飞机刉厂Q加入了航空工业的行列?/P>

  当时Q航I正业按照中央确定的׃理到刉、由仿制到自行设计的发展斚wQ在完成了由修理到制造的转变以后Q从Q9Q5q开始筹I科研机构,开展研I设计工作。1Q5Q年Q第一个飞计室成立了,从此冯钟开始了飞机l构强度的研I工作?/P>

  在冯钟越从事飞机l构强度研究的2Q年_(d)随着U学技术的不断q步和飞机战术技术性能的提高,飞机l构布局形式不断改变Q因而在强度计算斚wQ传l的理论Ҏ(gu)有的已不再适用。所以,开辟新领域、研I新技术、实现新H破Q以满研制新型飞机的需要,成为飞机结构强度研I的主要N。加之,?sh)子计算机日益广泛用,应用软g的研I亦成ؓ(f)强度研究的一个重要课题。在q种形势下,冯钟知难而进Q以强的拼搏精,在科学研I的道\上开拓前q,取得了一又一Ҏ(gu)果,M了一个又一个技术难养I从而推动了飞机l构强度研究的不断进步,为发展祖国的航空U研事业作出面A(ch)献?/P>

  冯钟从事科研工作的一个重要特Ҏ(gu)Q他能把握本专业U学技术的发展势Q确定科研工作的L方向Q规划科研铝dNQ一旦研I课题确定以后,׃自组l实施,带头d。他既有战略思想Q又有战术目标;既是指挥员,又是战斗员。在U研理工作上,他胸怀全局Q指挥若定,一环扣一环,一步一个脚印。他对科技人员严格要求Q一丝不苟,q以w作则,说到做到。在审查报告Ӟ他对其中的数学公式都要逐一验算Q甚臌标点W号、错别字也不放过?/P>

  冯钟在U技工作上的一个重要A(ch)献就是带Z一批hQ培M一批科技工作的实q家。对U技人员压担子、上NQ既大胆放手Q又?qing)时l予指导Q他们在科技工作的实践中增长才干。他很关心科技人员的知识更新和外语水^的提高,l予他们学习(fn)q修的机?x)。他特别注意技术尖子的发现和培充R国家有突A(ch)献的中年U技专家刘夏矛_是冯钟越当时重点培养的技术尖子之一?/P>

  冯钟本人在回顾Q5q来从事飞机强度工作的实跉|写道Q“我认ؓ(f)自己有较强的求知_Q对C物比较敏感,因此能够提出一些带方向性的和支持那些有创徏性的x。由于这些年来接触的技术领域较多,因此知识面也比较开阔,能够解决一些技术难点和l织指导较大的技术项目的研究和实施。”由于在U技工作中的建树(wi)Q他成长为祖国第一代飞机结构强度专Ӟ先后被选ؓ(f)中国力学学会(x)理事、中国航I学?x)理事、航I工业部U技委委员,Q9Q1q晋升ؓ(f)高工程师?/P>

  冯钟在U技工作上的建树(wi)使他成ؓ(f)名符其实的专Ӟ而他又有Z的文学素养,喜文艺,娴诗词,且工书法刻。他M的时候,冯友Cؓ(f)儿子写了挽联Q?/P>

  “是好党员,是好q部Q壮志未酬,泪洒岂只为家痛;能娴U技Q能娴文艺,全才|遇Q招也隑ֆ归来。?/P>

  冯钟ؓ(f)我国的航I科研事业奋斗了一生,为后人留下了宝贵的物质胦(ch)富和_财富?/P>

  飞机l构强度工作的开创?/P>

  中华人民共和国成立以后,Q9Q1q开始徏立航I工业,Q9Q6q_(d)我国已经刉出h式飞机。在q个基础上发展航I科研事业,独立自主地设计制造自q航空产品Q实现由仿制到自行设计的转变Q已l提到航I工业的议事日程?/P>

  Q9Q6q_(d)沈阳飞机刉厂飞机设计室成立ƈ开始设计我国第一架喷气教l机——歼教1飞机。冯钟越是飞计室的强度组长,ȝ歼教Q飞机的强度工作。他L制定了强度计方案,{֏了主要设计图U,拟定和发Z全机静力试验大纲和试验Q务书Q协助试验室领导l织了全机静力试验的准备工作。歼教1飞机全机静力试验利通过Q强度完全合|为新Z天试飞奠定了坚实的基?/P>

  Q9Q8q夏Q冯钟越受领导的委托Q冒h到南昌飞机制造厂参加我国自行设计刉的初教Q飞机的强度复查工作。经全机静力试验证明Q经q复查加Z后的飞机满了强度要求?/P>

  Q9Q8q以后,冯钟相l参加两U高I高速歼?yn)L的设计工作。这两种飞机都是展弦比机翼Q传l的工程梁理论已不能用于q种cd机翼的应力分析。他采用以梁和抗扭盒为基本元件的矩阵位移法,使用计算机对东风Q1Q飞行了应力分析。同Ӟq进行了矩阵力法的应用探讨?/P>

  Q9Q1q_(d)月航I研I成立以后Q冯钟越L?yn)L设计研究所强度室副MQQ1Q6Q年M任)(j)。当时的主要d是摸?/P>

  Q消化)(j)从苏联引q的cxQ2Q飞机,Z后自行设计新型歼?yn)L创造条件。他l织领导了对cxQ2Q飞机强度计报告的译和消化工作,以期掌握该机强度计算的特炏Vؓ(f)了验证其计算Ҏ(gu)Q组l和指导了一些试验g的试验研I工作。在摔R米|Q1飞机的过E中Q他没有满于只了解该机的一般情况,而要求弄清楚原报告选用的计参数、蝲L(fng)别大、计方法、计结果、材料的选用Q以?qing)气动加热问题处理等斚w的问题。这对尚没有掌握音速飞计经验的工程技术h员来_(d)无疑是非常必要的。在摔R过E中Q对原报告中数据不协调和计算数据有错误的地方q行了更正,保证了数据和囄的一致性,佉K机工厂有一套完整的、数据正的强度报告Q作为处理生产问题的依据?/P>

  为适应自行研制新机的需要,在消化米|Q飞机强度计报告的基础上,他重视引q新技术,亲自参与q组l科技人员抓紧对小展u比机应力分析和影响pL的研IӞq以直接刚度法ؓ(f)基础Q编制机应力变形分析计程序。此外,他还领导了蜂H结构、整体壁板和新材料的应用研究和优化设计,计新型歼?yn)L作技术储备?/P>

  Q9Q4q_(d)开始自行设计我国第一枉I高速歼?yn)L——歼Q飞机。在|飞机设计中,冯钟负责全机的l构强度和试验工作。他从我国飞计的实际情况出发Q制定了《歼Q飞机强度计原则》,定了飞机各大部件的计算Ҏ(gu)。他要在吸收cxQ2Q飞机成功的计算Ҏ(gu)的基上“推陈出斎ͼ有所前进”,充分利用已经取得的科研成果,使歼Q飞机强度计水q_现新的突破。机的设计计算采用cxQ2Q飞Zơ静不定解法Q用QEQӞ位移法给出媄(jing)响系敎ͼ校核计算用有限元法。机w的强度计算仍采用传l的化假设。冯钟越{֏了歼Q飞机的主要设计囄。ؓ(f)保设计质量和飞机安全上天,他组l进行了一pd的试验研I工作,l全机静力试验证明,|飞机的强度工作是成功的。冯钟越为歼Q飞机制定的强度计算原则?qing)做法,后来在其他新机研制中得到借鉴或沿用?/P>

  |飞机在1Q8Q年被评为国家科技q步特等奖。由于冯钟越是歼Q飞机研制的主要参加者,在歼Q飞计中作出了重要A(ch)献,Q9Q7q_(d)月,国家U学技术进步奖评审委员?x)发l他特等奖光荣册?/P>

  Q9Q0q以后,冯钟参加了|飞机设计Ҏ(gu)的论证工作。由于歼Q飞机的飞行速度已经过热障Q他把研I工作的重点转向热结构问题,特别是热l构的规范和强度计算的标准问题?/P>

  Q9Q3q以后,他组l领g水蘪Q飞机、运Q飞机、运Q飞机、运Q0飞机的全机静力破坏试验。所有这些试验项目都做到一ơ成功,满了设计生产单位的定型要求?/P>

  我国有限元法应用研究的开拓?/STRONG>

  有限元法的研I和应用是从飞机设计的实际需要中提出来的。1Q5Q年Q我国开始设计两U超音速歼?yn)L——东风1Q7和东风1Q3飞机。由于这两种飞机都是展弦比机翼Q传l的工程梁理论已不能用于q类飞机机翼的强度刚度计。当时摆在冯钟越面前的问题是Q必d求一U小展u比机的计算Ҏ(gu)Q以解决飞机设计中所到的这一关键技术问题?/P>

  众所周知Q小展u比机在强度与刚度方面存在两大问题:(x)一是相对厚度小Q应力水q高Q对应力分析的精度要求更高,但是又因l构十分复杂Q其内部I间,除提供收放v落架?qing)存放a(b)需要外Q还要?zhn)挂各U操U面Q襟{副|(j)Q所以以q面假设为基的工E计方法已不再适用Q必d求一U新的结构分析方法;二是展弦比机翼的颤振分析是设计的一大关键,而颤振分析(当时认识水^上)(j)Z准确的结构柔度媄(jing)响系数矩阵(而传l的工程计算Ҏ(gu)Ҏ(gu)是无能ؓ(f)力的Q。这是_(d)必须扑ֈq样一U方法,它既能给出准的应力和变形,同时又能l出l构的柔度媄(jing)响系数矩c(din)?/P>

  冯钟ؓ(f)解决q一关键技术问题翻阅了大量的文献资料,发现国际上也在刚刚开始探索这一问题的解x法。在众说UL(fng)中,冯钟认定结构分析的矩阵Ҏ(gu)是\。于是他l织人力开展研I工作,和大家一起学?fn)讨论,弄清?gu)原理Q试例题。当Ӟ设计室只有手摇式计算机,一个1Q阶矩阵代数方程Q往往需要一个星期的旉。通过一D|间的摸烦(ch)Q对l构分析的矩阉|法初步入了门Q掌握了位移法和力法的基本原理和计算步骤?/P>

  Q9Q1q_(d)成立航空研究院(国防部六院)(j)。冯钟越?qing)时向六院提交了他亲自v草的“小展u比机强度刚度研I”课题的立题报告。六院批准了冯钟的报告Qƈ作ؓ(f)六院的重点研I课题列入科研计划,׃亲自担QN负责人,从思想上、技术上指导N研究工作的开展。课题组成员镉K北京q行技术攻养Iq得C国科学院计算研究所的大力支持?/P>

  在课题研I中Q冯钟越d态度严}Q不仅高度重视理论研IӞ而且重视试验验证工作。在N研究全面铺开的同Ӟ他克服一切困隑֏亲自l织力量生了1Q5金属模型Q以便进行试验对比分析;接着又进行了隑ֺ较大的机结构媄(jing)响系数的实测工作Qؓ(f)N研究工作的顺利开展和后来取得成功奠定了基?/P>

  “小展u比机强度刚度研I”课题经q3q努力,于1Q6Q年圆满完成了课题规定的研究dQƈ提交了可供型可计实际用的展弦比机翼应力分析和柔度媄(jing)响系数计的位移法、力法、直接刚度法、子l构分析法等相应的有限元分析E序Q基本上接近于当时的国际水^?/P>

  从1Q6Q年开始,我国自行研制|飞机Q冯钟越果断地决定把自行研制的有限元法用于歼Q机的校核计算Q我国飞机设计采用了有自己特色的、先q的、可靠的分析Ҏ(gu)Q?sh)子计算机在我国自行设计的飞Z得到实际应用。该研I成果获Q9Q8q全国科学大?x)奖?/P>

  l构分析pȝ——中国计力学的里程?/STRONG>

  Q9Q5q_(d)月,三机部六院在西安召开了飞机和战术导弹强度研究十年规划?x)议。根据国内外的发展趋势和各方面的q切要求Q冯钟越认ؓ(f)我国已经具备了研制大型通用l构分析pȝ的条Ӟ通用有限元航I结构分析系l研制作为强度研I的重点N。部院同意ƈ批准了冯钟越的徏议,航I结构分析系l的研究N列入部院的科研工作计划,q先后Q命冯钟越为结构分析系lテ、Ⅱ、Ⅲ型的MQ工程师?/P>

  航空l构分析pȝQ型Q汉语拼音羃写ؓ(f)QᅢQJQuQ)(j)Q是用于l构静力分析的Y件系l。从Q9Q6q_(d)月开始研ӞQ9Q9q_(d)月通过部鉴定。它是我国首ơ研制成功的大型、通用、效率较高的航空静力l构分析应用软gpȝ?/P>

  l构分析pȝQ型Q可分析l构在气动蝲荗集中蝲荷和惯性蝲荷作用下的变形与应力。系l采用了有独创性的多子结构和局部对U性分析技术,通用性强Q便于分析Q何Ş态的大型复杂l构。系l徏立了面向用户的结构分析专用语aQ用灵z,易于掌握Q便于组l专用程序。系l具有数据自动生成能力,大大减少了h工劳动。系l提供了自动分块加有效列和超元矩阵两U解法。系l采用了模块化结构,便于pȝ的扩充与修改。系l具有中断与诊断功能?/P>

  l构分析pȝⅠ型投入使用后,提高了分析大型航I结构的能力Qؓ(f)飞机强度设计和研I工作提供了有力的科学计手D,从而提高了飞机的设计质量,~短了研制周期,是实现航I技术现代化不可~少的基性工作。鉴定认为:(x)“用计算军_型复杂结构,建立l构分析自动化程序系l,在我国还是第一ơ实玎ͼ填补了国内空白,是航I工业重大科研成果,Ҏ(gu)机研制有十分重要的意义。”大q工学院׃o(h)希指出:(x)“结构分析系lテ型的研制成功Q是我国计算力学的里E碑。”这Ҏ(gu)果获Q9Q9q三机部和国防工办科技成果一{奖、1Q8Q年国家U技q步二等奖?/P>

  l构分析pȝⅡ型QᅢQJQuQⅡQ,是用于航I结构动力分析的软gpȝ。该pȝ于1Q7Q年Q1月开始研ӞQ9Q1q_(d)Q月通过部鉴定?/P>

  航空l构动力分析pȝQ具有结构的固有振动Ҏ(gu)计、主动控制系l的颤振计算和部分突风响应计等功能。其规模hQ.Q万条uQRQ_(d)QN语句、2Q个模块、3Q条固定程Q结构模型可以有Q0Q0自由度,可以计算Q0个特征向量。在非定常空气动力计中Q每个翼面的I气动力分块数可达2Q0块,可以计算Q个面。在颤振和突风响应计中使用的Ş态可达5Q个?/P>

  该系l是我国W一个航I结构动力分析系l,l过实际使用证明工作可靠Q能够满目前航I结构固有振动和气动Ҏ(gu)分析的q切需要;在力学、数D和E序设计中采用了不少国内外7Q年代后期的新技术,h国内的先q水q뀂这Ҏ(gu)果获Q9Q1q三机部U技成果二等奖、1Q8Q年国家U技q步二等奖?/P>

  l构分析pȝⅢ型QᅢQJQuQⅢQ,是用于航I结构非U性分析的软gpȝQ1Q7Q年开始论证,Q9Q1q开始研ӞQ9Q5q通过部鉴定。冯钟越在完成立题论证、组成了研制工作班子、待研制工作开始v步以后,于1Q8Q年Q0月因病逝世?/P>

  l构分析pȝⅢ型拥有q8万条QOQԌQԌQ语句,h较齐全的非线性分析功能。它在自动选取载荷增量步长、自动确定节点自由度{方面具有一定的独创性。该pȝ填补了我国大型结构非U性分析系l的I白Q达到国外8Q年代初期的先进水^。该成果PQ8Q年国家U技q步一{奖?/P>

  在研ӞQJQupȝ的同Ӟ冯钟还l织q指gl构多约束优化设计系l的研制。这工作于Q9Q9q开始,Q9Q1q结束。该pȝ的研制成功,把先q的有限元分析和数学规划Ҏ(gu)有机地结合v来,为飞机结构打栯计提供了有效手段。该目PQ8Q年部成果一{奖、1Q8Q年国家U技q步二等奖?/P>

  致力于航I科学技术的C?/STRONG>

  党的十一届三中全?x)以后,实现工业、农业、国防和U学技术的C化已l提到社?x)主义徏讄议事日程。“千里之行,始于下”,q时Q冯钟越所思考着的问题是如何改变飞机强度工作的落后面貌,早实现试验和计手D늚C化,乃至整个飞机设计和制造的C化。他认ؓ(f)我们试验室技术装备陈旧,要想把试验研I搞上去Q必L新装备?/P>

  Q9Q9q_(d)冯钟两ơ出国考察Q参观了国和联邦d国的U研机构和飞机公司,了解了两国飞机强度研I的现状和发展水q뀂他看了人家的,但更多的则是惛_自己如何发展的问题。他_(d)(x)“衡量水q的规模和标准最主要的是看计机应用的广度和深度。”他认ؓ(f)Q我们在强度研究工作斚w不能{硬Ӟ而要从Y件的发展上尽快赶上去Qƈ促进g的发展。要大力加快试验技术计机化的q程。应该集中h力、胦(ch)力,有重Ҏ(gu)步骤地逐步实现试验技术的计算机化Q改变目前仍停留于h工操作的落后状态?/P>

  飞机l构强度研究所担负着大型飞机鉴定性试验和疲劳、振动及(qing)瞬态热应力试验Q而现有的试验讑֤技术落后、效率低、误差大、试验周期长Q很N应试验工作的要求。他U极向部院领导徏议,从国外引q必需的先q设备,以加速强度研I的C化进E。经部领导批准以后,冯钟组成了专门的工作班子,对引q项目进行了调查Q从而引进的项目在技术上辑ֈ先进Q在h上比较合理?/P>

  决瞬态热应力试验讑֤的落后状态,Q9Q7q_(d)Q月和日本日立公司签订合同,引进日立Q8Q计机pȝQ即计算机控制加热加载、瞬态热应力试实时数据采集和处理系l。这套设备投入用以后,瞬态热应力的试验技术在国内居于领先C?/P>

  随着航空U学技术的q速发展,对疲劌验技术提Z更高的要求。国内研制的模拟式和数模混合式自动协调加载设备与国外通用的数字计机控制的模拟式液压伺服加蝲pȝ相比Q在性能和安全可靠性方面有着较大的差距。ؓ(f)改变q一落后状况Q部批准从美国݋Q_(d)公司引进一套1Q0通道数控协调加蝲pȝ。该pȝ可用于1Q0吨大型飞机的疲劌验,兼容静力试验。这是当时国内技术先q的疲劳试验讑֤?/P>

  Z实现飞机设计和制造的C化,在航I结构分析系l的研制取得重大H破以后Q冯钟越把研I方向{向关于实现飞计与刉自动化q一领域Q即研制计算助设计与辅助刉系l。ؓ(f)了寻找依据,借鉴国外的经验,他把q个N作ؓ(f)Q9Q9q访时考察的重点之一。在大量攉国内外信息、资料的基础上,q行了系l的立题工作Q亲自撰写了《发展计机辅助设计与辅助制造的途径》论证报告。1Q8Q年Q冯钟越正式向部院领导提出“立_内现有硬Ӟ不失时机地开展计机辅助设计与辅助制造工作”的Q很快得到部院领导的支持和赞同。1Q8Q年底,Q7Q0QAQ/QAQ课题组l成Q部d冯钟ؓ(f)q个Nl的MQ工程师。1Q8Q年Q他带病冒着盛夏h奔L于北京、沈队뀁西安、成都等圎ͼq行调查研究和联合攻关事宜。正当7Q6QEQDQEQ݋的研制工作开始v步的时候,Q9Q2q_(d)Q月Q冯钟越不幸病逝。7Q6QEQDQEQ݋pȝ于1Q8Q年研制成功QƈPQ8Q年国家U技q步二等奖?/P>

来源Q《中国科学技术专家传略?/FONT>

转蝲自清华新ȝ


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