固体力学学报
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用极致打磨人生记大连理工大学工程力学系教授

极致是什么?每个人对它的定义有所不同。

在大连理工大学工程力学系教授韩非看来,“写科研文章也好,编计算机程序也好,要想进步得快,一定要在自己现有的水平上做到极致”。为此,他可以因为一篇论文,反复地论证、修改两年多,连一个标点符号的错误都不放过。结果很喜人,论文顺理成章地被固体力学领域的顶级杂志收录。

这样的精益求精,便是韩非当时能够做到的极致。

稳扎马步练基本功,接受成功的延时性

大多数时候,播种“极致”耗费的精力巨大,收获的过程却十分漫长,5年、10年甚至更久,耐下心才能等到时间浇灌的果实。这一点从韩非的研究历程中也可见一斑。

如果说,一架飞机是人们对宏观世界的认知,那么机身和机翼、起落架装置、滑行轮胎等则是细观世界的组成部分,复合材料、钛合金材料、橡胶材料更像是微观角度下的另一番审视。在这三个不同尺度的世界之间,充斥着各种物理模型与计算方法的碰撞,材料如何设计并加工成结构、结构怎样组合成工业装备,这些是工程师们需要一一考量的。

传统的工程方案经过“千锤百炼”,以不断的试验确保材料选用、结构设计的安全性。但如今国之重器的崛起,面对的是“等不及”“试不起”“没法试”等难题。“‘等不及’是说,选择新材料再制作成部件、测试性能的周期太长;‘试不起’是因为有些先进材料成本过高,制作一批试验件就需要上百万元的成本;‘没法试’主要指模拟极端服役环境极其困难,比如说高超飞行器在高速飞行时的表面温度局部高达2000℃,在地面上复现这种试验环境不现实。”

随着韩非的一一解读,他的工作性质逐渐明晰。凭借数学、力学、工程的知识背景,他搭起了一座“跨尺度”的桥梁,协助结构工程师们尽快锁定既经济又实用的材料,以优化、安全的方式达成结构设计。简单来说,是综合利用力学模型、数学方法和计算机程序等手段辅助结构及其材料的一体化设计。

“辅助”两个字听起来容易,但其实仅推导公式、编程序代码这道高门槛,足以让很多业内人士都望而却步。

2019年,在第二届国际先进材料和结构力学会议结束后,韩非在与业内专家交流过程中,介绍了自己13年前的一项研究成果——核壳颗粒随机分布复合材料微结构三维几何建模与有限元网格生成研究,引起了产业界人士的关注。混凝土建筑领域的专家找到他,特地称赞了一番,说“这样细致的三维几何模型与网格剖分结果,很多市面上的商用软件都还做不到”,还抛出了合作的橄榄枝。这让韩非打心底里感到自豪。然而,倘若将时间倒退13年,这项令人自豪的研究却险些让正在读研的他无法顺利毕业。

2003年,韩非从西北工业大学信息与计算科学专业毕业,被保送到崔俊芝院士课题组,攻读应用数学硕士、博士学位。崔院士是我国著名的计算数学与材料工程研究专家,在计算数学、计算力学和软件工程方法的研究和应用方面颇有造诣。“崔老师高瞻远瞩,告诉我们一定要做实实在在的事情。”所以,作为被学校保送的高材生,韩非被委派负责几何建模与网格剖分的研究。编写代码,进行试验数据对比,修正再对比……细化、高难度的工作占据了他的绝大部分时间,包括撰写论文的时间。“2006年,跟我同届的学生,论文都发表三四篇了,我还一篇没发。等人家都硕士毕业了,我才终于发了第一篇文章。”

韩非坦言,当时自己的内心十分焦灼,但现在回想起来,那几年的锻炼一是提升了自己的业务能力,二是造就了这个程序更长远的价值。“微结构三维几何建模与网格生成的程序,我们大概于2006年完成,十几年过去了,现在我的师弟、师妹们还在用。当年几百万元的商用软件做不成,我们却成功了。”这份骄傲的背后,有着多年磨砺的深刻记忆,也有着对恩师的感激之情。

“啃”下了几何建模与网格剖分这块硬骨头后,韩非陆续参与到“材料及制品性能预测的多尺度模型和计算方法”“高性能科学计算研究-材料物性的多物理多尺度计算研究”等国家级课题项目中,持续深入地和数学建模、计算机程序开发打交道。他表示,建模使用的是数学方法,代表着数学语言,编程则需要使用计算机语言。但语言的差异让两者不能实现自由转换。这样的境况下,如何快速、精准地将精确的数学语言转化为准确的数值算法,再开发出正确的计算机代码实现算法,并和已有的工程试验结果进行比较,需要他一一考虑和推演。