胡海昌

        胡海昌,力学家,1928年4月25日出生于浙江杭州。1950年毕业于浙江大学土木系。大学阶段就有研究论文发表。毕业时被推荐到中国科学院数学研究所工作,在钱伟长教授指导下改行专攻工程力学研究,直至今天。1956年胡海昌调入新成立的力学研究所。曾任固体力学研究室主任。1966年起调入空间飞行器总体设计部及其前身工作,从事有关的力学、结构、总体的研究和设计。历任该部科技委主任、名誉主任。曾任中国振动工程学会理事长,中国力学学会副理事长,《振动工程学报》和《固体力学学报》主编。1980年当选为中国科学院院士。他获得的奖励主要有:因广义变分原理的研究与钱伟长教授等共5人共享国家自然科学二等奖(1982年)。在此之前(1956年),因跟随钱伟长教授研究薄板薄壳大挠度问题分享中国科学院科学二等奖,又因对横观各向同性弹性体力学的空间问题的研究独享中国科学院科学三等奖。
        胡海昌有广泛的科学兴趣。已发表的研究论文内容涉及工程力学的理论基础、计算方法和实际应用。
        胡海昌最突出的一项成就是在1954年建立了弹性力学中以位移、应变和应力三类15函数为自变函数的广义变分原理。由于该变分原理在理论和求近似解中的重要性,国际上常把该原理称为胡—鹫津(Hu—Washizu)原理,而把其中的泛函称为胡—鹫津泛函(1955年日本人鹫津久一郎在美国提出了与胡相同的变分原理)。
        1954年前,弹性力学中已有最小势能原理、最小余能原理、Hellinger-Reissner原理三种变分原理。它们可分别用于近似处理平衡关系(包括方程和边界条件,以下同)、变形连续关系、平衡关系和变形连续关系。胡—鹫津原理的特点是可以同时近似处理弹性力学全部基本方程和边界条件,包括平衡关系、变形连续关系和本构关系。以往连续介质物理规律的数学描述都是以微分方程和边界条件为基本形式。后来虽有了变分原理,但只能代替一部分微分方程和边界条件。胡—鹫津原理是连续介质物理学中首次出现的纯变分的数学描述。这是该原理在理论上的重大贡献。因该原理可同时处理全部方程和边界条件,为近似计算提供了极其灵活、宽广而又有理论根据的新思路,越来越受到计算力学和工程界的重视。
        胡海昌在建立弹性力学的广义变分原理后,又相继建立了薄板大挠度弯曲理论中的广义变分原理,弹性体固有频率的广义变分原理,对梁和板弯曲问题的经典理论作了变分原理的推导。王大钧和胡海昌用弹性力学的广义变分原理证明了弹性结构理论中两类算子的正定性和紧致性。在开始的一段时间里,用广义变分原理求近似解有成功的,也有不成功甚至出差错的。胡在得知这一情况后,总结了成功与不成功的经验教训,提出了合理应用广义变分原理的几点原则要求,以保证不再出差错。胡还指导他的友好和学生根据广义变分原理用里兹法求解具有综合边界条件的矩形薄板的平衡和稳定问题,建立扁壳理论中的广义变分原理。以上这些工作在国际上也都属于首创。
        40多年来,胡—鹫津原理广泛应用于建立有限单元法和新的梁、板、壳等的近似理论,对已有的近似理论和解法作出更加合理的解释,还应用于建立边界积分方程和边界元法。现在已相当普遍地认为:胡—鹫津原理是用假设的应力、应变和位移场去建模的最实际的手段;位移模式有限单元法的完整理论必须建立在胡—鹫津原理上;弹性力学任何一个可能的变分原理都可以简单地从胡—鹫津原理推导出来,只要把适当的约束方程引入原始的泛函中去即可。
        由于胡—鹫津原理在理论和应用中的重要意义,1964年在英文期刊上首次出现Hu—Washizu principle这一名词,随后引用、介绍、发展和应用这一原理的国内外文献逐渐增多,并一直延续到90年代。胡—鹫津原理受到众多的学术论文、专著、教课书的引用和介绍,专业涉及数学、物理、力学、工程,地域遍及中、美、英、日、俄、德、意、波、匈、捷等国,应用不断发展,评价越来越高。有些专著和论文设一专节介绍,有些论文在标题中就出现Hu—Washizu原理。还有一些作者将其它学科中的一些广义变分原理称为Hu—Washizu类型的原理。现在胡—鹫津原理已十分普及,以致许多学术论文虽在正文中应用了胡—鹫津原理而不列出有关的参考文献。
        边界积分方程和边界元法最近二三十年来在力学与工程界应用很多,但其理论基础并不巩固。80年代胡海昌发觉有些平面问题中习用的边界积分方程与原有的微分方程边值问题不等价。于是提出和研究了两者的等价性问题。至今胡已建立起等价性问题的理论框架,并据此具体建立了平面调和函数、平面双调和函数和弹性力学平面问题的等价的边界积分方程(包括直接和间接两种未知量),改正了这三种问题中习用的不等价的边界积分方程。算例表明,等价的边界积分方程的数值精度高,结果可靠,在实用中可放心使用。此外,胡还首次依据守恒积分建立起一类新的边界积分方程,其奇异性阶次低于以往的边界积分方程。
        19世纪以来,人们一直在寻找横观各向同性弹性体力学的空间问题的解,但直到1953年才由胡海昌首次得到真正含有三个坐标的一般解,并据此求得了一系列具有重要理论和实意义的封闭解。胡的一般解在俄语文献中常被称为胡海昌解,在英语文献中也常被引用。胡的思路后来被应用于中厚板、薄壳及中厚壳、受预应力的弹性体、地球、压电材料等方面,都取了丰硕的结果。

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