人物簡介
鄭哲敏,浙江鄞縣人,1924年10月2日生于山東濟南。1947年獲清華大學學士學位,1949年、1952年分別獲美國加州理工學院碩士、博士學位。1993年當選為美國工程科學院外籍院士。歷任中國科學院力學研究所所長、非線性連續(xù)介質(zhì)力學開放實驗室主任,中國力學學會理事長,力學學報主編,中國科學院海洋工程科學技術(shù)研究中心主任,中國科學院技術(shù)科學部副主任等職。早期從事熱彈性力學、水彈性力學、振動及地震工程力學研究。1960年開始爆炸力學研究,其中“爆炸成形模型律及成形機制”獲1964年國家新材料、新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝展覽會一等獎,“破甲機理研究”獲1978年全國科學大會獎,“流體彈塑性模型及其在地下核爆炸和穿破甲方面的應用”獲1982年國家自然科學獎二等獎,“連云港爆炸處理水下軟基”獲1988年中國科學院科技進步獎一等獎、1990年國家科技進步獎二等獎,“金屬板爆炸復合與應用”獲1989年中國科學院自然科學獎一等獎,“熱塑剪切帶”獲1992年中國科學院自然科學獎一等獎。專著有《高能成形》和《相似理論與;。
2013年1月18日,根據(jù)《國家科學技術(shù)獎勵條例》的規(guī)定,經(jīng)國家科學技術(shù)獎勵評審委員會評審、國家科學技術(shù)獎勵委員會審定和科技部審核,國務院批準并報請國家主席胡錦濤簽署,授予鄭哲敏院士2012年度國家最高科學技術(shù)獎。
生平事跡
主要經(jīng)歷
時間 | 事件 |
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1924年10月2日 | 生于山東省濟南市 |
1943-1947年 | 西南聯(lián)合大學,電機工程系及,機械工程系,學習,獲工程學學士學位 |
1947-1948年 | 任清華大學助教 |
1948-1952年 | 美國加利福尼亞理工學院,機械工程系學習,先后獲科學碩士,理學博士學位 |
1952-1954年 | 任美國加利福尼亞理工學院機械工程系教師 |
1955-1956年 | 任,中國科學院數(shù)學研究所,副研究員 |
1956-1978年 | 任中國科學院力學研究所副研究員,彈性力學組組長,第四研究室副主任,爆炸力學研究室副主任、主任。 |
1978-1989年 | 任中國科學院力學研究所研究員,副所長,所長 |
1980年- | 被選為,中國科學院學部委員 |
1982-1990年 | 任中國力學學會常務副理事長,理事長,1990年任名譽理事 |
1982-1986年 | 任力學學報主編 |
1986年 | 兼任中國科學院海洋工程中心主任,國際,理論與應用力學,聯(lián)合會理事,大會委員會委員 |
1988年- | 任中國科學院力學研究所非線性連續(xù)介質(zhì)力學實驗室主任 |
1993年- | 被選為美國國家工程科學院外籍,院士 |
具體事跡
1924年10月2日出生在山東省濟南市。原籍浙江省鄞縣。父親鄭章斐幼年放牛,念過幾年私塾和小學,后來進城當學徒,進而經(jīng)商開廠,他崇尚實業(yè),一直遺憾自己沒有更多的上學機會。因而全力支持和鼓勵子女用功讀書,教育子女循規(guī)蹈矩、修身養(yǎng)性。這給幼年時期的鄭哲敏帶來深遠影響。
抗日戰(zhàn)爭開始后
鄭哲敏入川,先后進成都華陽縣中和金堂銘賢中學學習。他刻苦鉆研,學習成績優(yōu)異,曾因不參與考試作弊而挨過一些同學的揍。他管過伙食,辦過話劇團和英文社,樂于為大家做事。
1943年,鄭哲敏以理工科第一名的優(yōu)異成績考入西南聯(lián)合大學電機工程系,次年改學機械工程系。他喜愛物理,愿意為同學答疑釋難,從中自己也得到了提高。抗日戰(zhàn)爭勝利后,學校搬回北平(今北京),錢偉長給機械系講授力學問題,他那嚴密而生動的理論分析引起了鄭哲敏的極大興趣,從此他對力學產(chǎn)生了感情。1947年畢業(yè)后,他留在清華大學作錢偉長的助教,學習錢的攝動法。一次,他讀到劉仙洲從美國帶回的工程教育雜志,上面宣傳應改變工程教育只注重傳授經(jīng)驗和工藝的傳統(tǒng),提倡工程教育要理工化,很受啟發(fā)。1948年,他考上國際扶輪社的留美獎學金,錢偉長、李輯祥等介紹他去美國加州理工學院學力學。一年后,他順利地取得了碩士學位,接著就當了錢學森的博士生,做熱應力方面的論文,有幸能經(jīng)常聆聽到錢學森介紹自己在科學方法方面的心得。在那個著名學府,他聽過G.W.豪斯奈爾(Housner)、W.D.瑞奈(Rannie)、A.愛爾德依(Erdelyi)等名教授的課,跟豪斯奈爾做過抗地震方面的工作;在跟瑞奈研究Benard胞格現(xiàn)象時,體驗到量綱分析方法的實質(zhì)。他還有機會聆聽到T.馮·卡門(vonKarman)、G.I.泰勒(Taylor)、J.馮·紐曼(von Neumann)等大師的報告。耳濡目染和多方實踐使他對以L.普朗特-馮·卡門-錢學森為代表的近代應用力學學派的精髓有所體驗,其實質(zhì)在于努力使工程立足于現(xiàn)代科學,著眼重大的實際問題,強調(diào)清楚表述、嚴格分析、創(chuàng)新理論,進而開辟新的技術(shù)和工業(yè)。1952年,鄭哲敏取得該校的博士學位。
中華人民共和國成立
1949年,中華人民共和國成立,鄭哲敏對中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導充滿希望。取得博士學位后,即著手準備回國參加社會主義建設(shè),卻遭到美國政府的多方阻撓。1955年,中美在日內(nèi)瓦達成協(xié)議,鄭哲敏等一批愛國科學家終于回到祖國。他先到中國科學院數(shù)學研究所任副研究員。同年年底,他的老師錢學森也返回祖國,他隨即參加錢學森創(chuàng)建力學研究所的工作。1956年,他被任命為該所彈性力學組組長,研究水壩抗震。1958年,他領(lǐng)導了大型水輪機的方案論證。
1960年,蘇聯(lián)撤退專家。他應邀參加了周恩來總理宴請科學家的盛會?偫碓谧T~中懇切表示,中國的建設(shè)要依靠中國自己的知識分子。鄭哲敏深受鼓舞,決心致力于解決國民經(jīng)濟中的重大問題。
爆炸成形的理論和應用
他所解決的第一個重大問題是爆炸成形的理論和應用。經(jīng)過1960至1962年三年時間的努力,他闡明了爆炸成形的主要規(guī)律,并和工業(yè)部門合作生產(chǎn)出技術(shù)要求很高的導彈零部件,使爆炸成形成為以科學規(guī)律為依據(jù)的新工藝,因而獲得1964年全國工業(yè)新產(chǎn)品一等獎。在同一時期里,他還指導另一研究組在爆破技術(shù)方面開展研究。通過爆炸成形和爆破的研究,鄭哲敏在力學和工程技術(shù)之間修架橋梁。1960年,錢學森預見到一門新學科正在誕生,將其命名為爆炸力學,并在中國科技大學他所負責的力學系里開設(shè)工程爆破專業(yè),1962年改名為爆炸力學專業(yè),并由鄭哲敏負責為這個專業(yè)設(shè)計課程、聘請專業(yè)課教員、安排畢業(yè)論文工作等。1964年,中國開始地下核試驗的預研,鄭哲敏接受和完成了有關(guān)任務,并主動考慮地下核爆炸威力的預報問題。1965年,他和解伯民與國外同時獨立地提出了一種新的力學模型--流體彈塑性體模型。
文化大革命開始
不久,“文化大革命”開始,鄭哲敏堅持此項研究,應用這個模型預報地下核爆炸效應。1968年12月,此項研究被迫中斷。1965年,他還開始做了另一項有意義的工作,即指導兵工部門進行穿甲幾何相似律的模型試驗。1971年,他從干;厮,為改變中國常規(guī)武器落后的狀況,組織力量研究穿破甲機理,經(jīng)過10年努力,先后解決了穿甲和破甲相似律、破甲機理、穿甲簡化理論和射流穩(wěn)定性等一系列問題。為了表彰他在流體彈塑性體模型及其在核爆炸和穿破甲研究方面的貢獻,1982年,國家授予他全國自然科學二等獎。
宏觀與微觀相結(jié)合的方法等研究
70年代末,他應用流體彈塑性理論揭示了爆炸復合工藝的力學規(guī)律,為這一工藝的推廣應用提供了理論指導,因此又榮獲1989年中國科學院自然科學一等獎。早在60年代,他在研究爆炸成形時已開始注意研究材料的力學性質(zhì),認為這類基礎(chǔ)研究必須采用宏觀與微觀相結(jié)合的方法。1979年,他組織了一個研究室專門研究材料性質(zhì)。80年代初,他對金屬斷裂機制和絕熱剪切帶的形成和演化都提出了新的模型和理論。1980年,鄭哲敏開始了解到中國各類爆炸事故相當頻繁,于是他大力提倡和組織事故發(fā)生機制及防治措施的研究。煤和瓦斯突出是煤炭生產(chǎn)中的一類重大事故,他在1982年的一篇論文對此復雜現(xiàn)象作出了精辟的力學分析。自1987至1989年,他的研究集體在理論和實驗兩方面展開研究,為建立突出判據(jù)提供了重要依據(jù)。80年代末,他在爆破方面又獲得新成果,他的研究集體創(chuàng)造了一種爆炸法處理水下軟基的新技術(shù),并成功地應用于連云港大堤等大工程的施工,獲得了1990年國家科技進步二等獎。30多年來,鄭哲敏努力實現(xiàn)他的志向,通過在爆炸力學和固體力學中的科學實踐,為國家解決了一批重大實際問題。
從1978年起,鄭哲敏任中國科學院力學研究所研究員、副所長、所長等職。
鄭哲敏是中國力學學會第一屆常務理事,第二屆常務副理事長,1986年,他任第三屆理事長,現(xiàn)被推舉為名譽理事。1982至1986年任《力學學報》主編。曾任首屆《爆炸與沖擊》主編。1988年,他被推舉為國際理論與應用力學聯(lián)合會(Inter-national UniOn for Theoretical and Applied MechanicS)理事、大會委員會委員。
1993年因在爆炸力學方面的貢獻,被選為美國國家工程科學院外籍院士。
運用力學理論解決工程實際問題
鄭哲敏擅長運用力學理論解決工程實際問題,提出了流體彈塑性體模型和理論,并在爆炸加工、巖土爆破、核爆炸效應、穿甲破甲、材料動態(tài)破壞、瓦斯突出等方面取得重要成果。倡導海洋工程力學、材料力學性能、環(huán)境災害力學的研究,創(chuàng)建了中國科學院力學研究所非線性連續(xù)介質(zhì)力學實驗室,為推動中國力學事業(yè)的發(fā)展作出了貢獻。
學術(shù)歷程
輾轉(zhuǎn)歸國效力
鄭哲敏院士早年求學、工作以及與力學結(jié)緣、從美國輾轉(zhuǎn)歐洲回國效力的經(jīng)歷,和享譽海內(nèi)外的中國現(xiàn)代科技界科學大家“三錢”中的兩錢錢學森、錢偉長都有不解之緣。
1943年,鄭哲敏考入西南聯(lián)合大學電機系,次年轉(zhuǎn)入機械系。1946年,抗戰(zhàn)勝利后,鄭哲敏所在的工學院回到北京清華園。同年,錢偉長從美國回國到清華大學任教,在他的課上,大四的鄭哲敏首次接觸到彈性力學、流體力學等近代力學理論,錢偉長嚴密而生動的理論分析引起了鄭哲敏的極大興趣。1947年畢業(yè)后,鄭哲敏留在清華大學做錢偉長教授的助教。
多年后,鄭哲敏回憶道,錢偉長使他確定研究力學的道路,錢偉長重視數(shù)學和物理等基礎(chǔ)學科對自己影響很大。1948年4月,在錢偉長等人推薦下,鄭哲敏獲準入學美國加州理工學院,并于一年后成為錢學森的博士研究生。1956年1月,鄭哲敏成為力學所的首批科技人員之一,任彈性力學組組長。同年,他還作為助手參加了錢學森主持的12年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃中全國力學學科規(guī)劃的制訂。后來在錢學森指導下,鄭哲敏建立起爆炸力學學科,這一切,深深影響到鄭哲敏的研究方向和治學風格。1984年2月,鄭哲敏還接過錢學森的接力棒,出任中科院力學所第二任所長。
奠基爆炸力學
鄭哲敏科研生涯的最早期主要從事熱彈性力學和水彈性力學的研究,回國后曾根據(jù)國家的需要從事地震響應、水輪機葉型等方面的研究工作。后來因為國家科研布局調(diào)整,鄭哲敏選擇高速高壓塑性動力學研究方向,并于很短時間內(nèi)在爆炸成形方面取得完整、深入的研究成果,從而拉開爆炸力學研究的序幕。
鄭哲敏在爆炸力學方面的主要貢獻包括:一是提出流體彈塑性體模型,促進形成完備的爆炸力學學科體系;二是建立爆炸力學的基本研究方法,為武器設(shè)計與武器效應評估提供嶄新的力學基礎(chǔ);三是開辟爆炸成形、爆炸筑堤等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域,并發(fā)展水下爆炸及其與結(jié)構(gòu)相互作用的理論,解決了重大工程建設(shè)核心難題。
鄭哲敏還通過對“瓦斯突出”的機理研究,認為“瓦斯突出”的動力來源于煤層瓦斯中含有的機械能。
與此同時,作為中國力學學科建設(shè)與發(fā)展的組織者和領(lǐng)導者,鄭哲敏參與和主持制定了一系列重要力學學科及相關(guān)科學規(guī)劃。他總體把握中國力學學科發(fā)展方向,積極倡導、組織和參與熱彈性力學、水彈性力學、材料力學行為、環(huán)境力學、海洋工程、災害力學、非線性力學等多個力學分支學科或領(lǐng)域的建立與發(fā)展。
在材料力學研究中,鄭哲敏提出的硬度表征標度理論,在國際上有重要影響并被廣泛引用,還以他與合作者的姓氏命名為C-C方法。引領(lǐng)中國力學發(fā)展的鄭哲敏為促進中國力學界與國際力學界的交融、提升中國力學國際地位等做出重要貢獻。
倡導“自由探索”
當前中國科技發(fā)展水平雖然有很大進步,但與國際先進水平相比,仍有不小差距。鄭哲敏認為,學術(shù)界浮躁的風氣是制約發(fā)展的重要原因!翱蒲行枰托摹,F(xiàn)在,一些人都急于求成,沉不下心來坐冷板凳,這樣做出的也最多是中等成果,很難有出色的、有重大影響的成果。有的人急于要實效,不重視基礎(chǔ)理論研究,最終會極大地制約整體科技的發(fā)展!
他提醒說,當科學家并不像大家看上去的那么美。“科研有突破的那一刻很快樂,但是更多的時候很苦、很枯燥,在一遍又一遍的錯誤中尋求突破,在反反復復的試驗中總結(jié)創(chuàng)新!
在鄭哲敏眼里,現(xiàn)代科學精神的精髓就是古希臘時代傳承下來的“自由探索”的精神?v觀中國自身的歷史發(fā)展和文化傳承,“自由探索”精神相對薄弱,這也是造成中國科學創(chuàng)新不足的核心問題。要真正激活科技界的創(chuàng)造力,“自由探索”不僅僅是一種科學精神,也也應成為一種人生目標。
鄭哲敏指出,中國當下的青年科研人員壓力特別是政策壓力很大,現(xiàn)在各種評獎評審、項目申請等,“把人搞得很浮躁,東迎西迎,像無頭蒼蠅一樣亂撞”,年輕人急功近利、不能沉下心來,必然影響到他們開展科學研究和從事科研的決心。他呼吁盡快給青年科研人員減壓,把他們從煩燥、浮躁的“包圍圈”中解放出來。
已89歲高齡的鄭哲敏仍然活躍在科研一線。近年來,他將研究重心轉(zhuǎn)向水下高速航行體的流固耦合力學問題、海底天然氣水合物開采技術(shù)與安全性等方面,帶領(lǐng)相關(guān)研究團隊為國家海洋安全和海洋資源能源的開發(fā)作貢獻,并指導有關(guān)課題組繼續(xù)進行爆炸與沖擊動力學研究。微笑與樂觀也許就是鄭老健康長壽的秘訣。
主要論著
1 鄭哲敏,錢學森.迅速加熱時薄壁圓柱殼應力的相似律.Journal ofthe American Rocket Society,1952,22:144-149.
2 鄭哲敏.爆炸成形模型律.國家科委科技報告,1962.
3 鄭哲敏.水擊波入射于平板時空化的形成.國家科委科技報告,1962.
4 鄭哲敏,解伯民.關(guān)于地下爆炸計算模型的一個建議.力學研究所研究報告,1965.
5 鄭哲敏,談慶明.破甲機理的力學分析及簡化模型.科技參考資料(52研究所),1977.
6 鄭哲敏.破甲彈射流穩(wěn)定性的研究.爆炸與沖擊,1980(1).
7 鄭哲敏.從數(shù)量級和量綱分析看煤與瓦斯突出的機理.力學與生產(chǎn)建設(shè),北京:北京大學出版社,1982. 8 鄭哲敏.力學研究所關(guān)于改革的一些設(shè)想.中國科學院力學研究所年報,1984.
9 Bai Yilong,Cheng Chemin,Yu Shanbing.On evolution of thermo-plastic shear band.Presented at XVI Int.Cong.of Theo.a(chǎn)nd Appl.Mech.Denmark:1984.
10 鄭哲敏等.玻璃鋼對聚能射流干擾機理的研究.中國科學院力學研究所報告,1981;Proc.Int.Symp.onIntense Dynamic Loading and Its Effects,Beijing:Science Press,1986.
11 Cheng Chemin.Mechanics of explosive welding.Proc.Int.Symp.on Intense Dynamic Loading and Its Effects,Beijing:Science Press,1986.
學術(shù)貢獻
爆炸力學研究
創(chuàng)建和發(fā)展爆炸力學
爆炸力學是在60年代初由中國力學界前輩錢學森、郭永懷命名倡導的一門具有重要應用背景的力學分支學科。從那時起,30年來鄭哲敏在研究解決爆炸加工、爆破、核爆炸、穿破甲、爆破安全、高速運動的穩(wěn)定性以及材料的動態(tài)力學性質(zhì)等應用問題中,對創(chuàng)建和發(fā)展這門學科作出了貢獻。
1958年,中國科學院的知識分子“下樓出院”,奔赴生產(chǎn)第一線。鄭哲敏知道中國缺少萬噸水壓機,很想用簡便的爆炸方法來代替,便下到汽車廠、鍋爐廠研究爆炸成形新工藝。但那時革命浪漫有余,求實精神不足,一年時間過去,一個產(chǎn)品也沒有做出來,工廠的態(tài)度發(fā)生180°的轉(zhuǎn)變。鄭哲敏清楚地意識到在生產(chǎn)應用之前,必須先做科學研究,于是回所組織實驗室研究尋找規(guī)律。他對爆炸問題作了初步力學分析,分解出帶基礎(chǔ)性的爆炸載荷、金屬材料性質(zhì)和帶綜合性的成形規(guī)律三個問題,組織三個研究組展開研究,同時還組織爆炸實驗手段如計時儀、測壓儀等的研制。通過對金屬板的變形過程的實際測量,肯定了板料經(jīng)歷過兩次加速。鄭哲敏提出了水下爆炸空化理論來解釋板材的兩次加載和加速的現(xiàn)象,形成了爆炸成形機理的核心內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,他提出了模型試驗所應依據(jù)的幾何相似律以及能量準則,并為工廠設(shè)計了一整套確定成形工藝參數(shù)和條件的試驗方法。他與有關(guān)產(chǎn)業(yè)部門密切合作,應用上述理論和方法,生產(chǎn)出高精度的導彈零部件,對中國導彈上天作出了貢獻。為生產(chǎn)大型零件,必須鑄造大型爆炸成形模具,這在技術(shù)上和實際施工上都是個難題,他巧妙地發(fā)明了分塊拼裝的慣性模。上述成果一直沒有公開發(fā)表,直到1981年,英國皇家學會會員B.克羅斯蘭德(Crossland)訪華聽了鄭哲敏的報告,不勝贊嘆,表示很有價值。1964年,鄭哲敏接受并完成了空中核爆炸沖擊波壓力標定的任務。當他了解到國家正在積極準備地下核試驗時,他急國家所急,主動考慮如何統(tǒng)一描寫核爆炸波的衰變與空腔運動規(guī)律。經(jīng)過調(diào)研和分析,他認為當時國外把全場分為內(nèi)部流體區(qū)和外部固體區(qū)的分區(qū)模型存在人為不連續(xù)的缺點。1965年,他和解伯民向上級部門提交了“關(guān)于地下核爆炸計算模型的一個建議”,其中提出了一種新的力學模型--流體彈塑性體模型。這一模型能夠滿意地體現(xiàn)介質(zhì)在流體性質(zhì)和固體性質(zhì)之間的緊密耦合及其運動在時間和空間上的連續(xù)變化的天然特征。在此后的兩年中,他們應用這個模型對地下核試驗的當量預報作出了貢獻。幾乎在同時,美國也獨立地提出了這個模型,然而他們卻在我們搞文化大革命的時候不僅在核爆炸,而且在超高速碰撞以及穿破甲等領(lǐng)域都趕上和大大超過了我們。
早在60年代初,鄭哲敏就曾提出過用室內(nèi)小型槍擊試驗可以代替實彈靶場考核的建議,并且準備研究將流體彈塑性模型應用到穿破甲機理研究中去,以改進中國兵器的落后面貌。1971年,他從干;匮芯克螅鲃勇(lián)系兵工部門,建立合作關(guān)系,繼續(xù)指導他的集體完成了桿式彈穿甲相似律研究,并且提出了桿式彈的穿甲模型,這個模型抓住了彈頭在孔底邊進邊碎的特點,引入碎渣作為彈靶作用的中間過渡體,從而改進了國際流行的Tate公式。他全面而又完滿地解決了破甲相似律、破甲彈金屬射流失穩(wěn)拉斷機理、射流侵徹金屬裝甲和非金屬裝甲的機理等一系列問題。他分析了記錄破甲彈射流的變形、頸縮和斷裂的X光相片。在1977年發(fā)表的論文中,巧妙地采用量綱分析和解析方法給出了射流失穩(wěn)斷裂的計算公式,證明了射流高速段的失穩(wěn)是空氣動力作用的結(jié)果,而低速段的失穩(wěn)則和射流材料的強度性質(zhì)有關(guān)。國際上同一年也發(fā)表了射流失穩(wěn)的文章,但只討論了低速段,而證明手段用的是數(shù)值方法。1975至1977年,他建立了一個描述金屬裝甲破甲機理的流體彈塑性體模型,指出金屬材料的慣性和強度起決定作用,而可壓縮性和相變影響可被忽略。據(jù)此理論,他提出了一個比流行的Eichelberger公式更符合實際的計算侵徹速度的公式。1981年,他的集體又在記錄纖維增強復合材料的侵徹過程的X光照片上,發(fā)現(xiàn)孔底附近孔壁發(fā)生回縮的重要現(xiàn)象。他們分析判斷材料發(fā)生了熱裂解,于是進一步組織專門實驗和理論分析,建立了流體彈塑性加熱裂解的侵徹模型。上述工作有力地指導了兵工部門的研制和設(shè)計工作。
鄭哲敏十分關(guān)心爆炸事故和災害對人民生命和財產(chǎn)所造成的損害,從80年代初期,他便開始組織氣相燃燒和爆炸、粉塵燃燒和爆炸的研究,接著又組織煤和瓦斯突出、森林火災的發(fā)生和防治等課題的研究。煤和瓦斯突出這類事故在中國煤礦中頻繁發(fā)生,嚴重威脅著工人的生命安全和煤炭生產(chǎn)。由于現(xiàn)象復雜,世界上主要產(chǎn)煤國家長期研究其發(fā)生機制而得不到解決。鄭哲敏出于對勞動人民的真摯感情,決心攻克這個難關(guān)。他在1982年的中國力學學會第二屆理事會上發(fā)表了《從數(shù)量級和量綱分析看瓦斯突出的機理》一文,對中國歷年發(fā)生的大型突出事故從力學角度作了分析和估算,認為突出的主要能量來源于煤層中的瓦斯,而地壓只是觸發(fā)煤層破壞的條件。他指導的集體在1987至1989年連續(xù)發(fā)表文章,從室內(nèi)模擬和理論分析兩方面不斷展開他的想法。他們的室內(nèi)實驗證明了,在一定條件下會發(fā)生恒速推進的自持突出;同時還建立了關(guān)于兩相介質(zhì)的滲流破壞的簡化模型,定性地揭示了突出的主要過程和特征,并且為一個重要的實用突出判據(jù)提供了理論說明。
鄭哲敏對于爆炸和沖擊過程中出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象特別有興趣。除了前面提到過的高速射流的拉斷失穩(wěn)問題外,在高速變形固體材料內(nèi)部發(fā)生的絕熱剪切以及兩塊金屬在爆炸復合時產(chǎn)生的波狀界面現(xiàn)象等穩(wěn)定性問題上,他都作過深入的研究。在這些工作中,他總是立足于收集和分析實驗數(shù)據(jù)和資料,除了宏觀現(xiàn)象以外,還深入考察金相微觀現(xiàn)象,從中選擇主要參數(shù),分析彼此間的因果關(guān)聯(lián),然后再提出理論模型。
從上述工作中,不難看出鄭哲敏堅持貫徹學以致用以及理論與實踐一致的原則,他始終著眼于具有重要實際意義的課題,他常說:科學研究不應滿足于寫幾篇論文,他的大多數(shù)工作都要做到能為工程界接受和使用的程度,從而得到工程師的承認。他不僅擁有固體力學和流體力學的深厚功底,而且具有敏銳的力學洞察力,在復雜的實際問題面前,他能很快抓住關(guān)鍵的力學問題。他強調(diào)實驗觀測,特別注意觀察自己的實驗結(jié)果,從中發(fā)現(xiàn)主要特征,建立理論模型。在他的集體中,往往在研究的第一步就需要研制觀測儀器,而且最先得到的科研成果并不屬于問題本身,而是一種新儀器。他是量綱分析的專家,在爆炸力學中提出了很多現(xiàn)象的相似律。在理論分析方面,他強調(diào)宏觀和微觀結(jié)合的方法,并且善于提出簡單而實用的模型和理論。他的科學實踐很好地體現(xiàn)了近代應用力學學派的風格。
鄭哲敏在爆炸力學學科的發(fā)展方面作出了廣泛的貢獻,它們是:
(1)在聲學理論方面,有薄板在水下爆炸擊波作用下的變形理論;
(2)在爆炸后期效應方面,有高速射流的準定常侵徹理論、爆炸成形后期的第二次加載理論以及爆破的鼓包運動理論等;
(3)提出了反映爆炸和沖擊問題中的高速、高壓和高溫特征以及慣性與強度相互耦合效應的流體彈塑性體模型和多種應用理論;
(4)提出了多種爆炸和沖擊的相似律;
(5)提出了多種耦合運動的理論,包括兩種物體的耦合運動以及同一物體中流體性質(zhì)和固體性質(zhì)相互影響的耦合效應的理論;
(6)在穩(wěn)定性問題方面,有射流拉斷、界面波、絕熱剪切等理論。
鄭哲敏在他進行科學研究的同時,注意推動爆炸力學在國內(nèi)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的工作。他團結(jié)和組織了國內(nèi)的同行,組織起了爆炸力學專業(yè)委員會,辦起了《爆炸與沖擊》雜志,定期召開了全國性和國際性的學術(shù)會議。他在中國科技大學創(chuàng)辦的爆炸力學專業(yè)已為國家培養(yǎng)了一批批的從事爆炸工作的人才。
全國力學規(guī)劃
制訂遠景規(guī)劃
1956年,中國制訂了12年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃。鄭哲敏以年輕專家助手的身份參加錢學森主持的第一次全國力學規(guī)劃的制訂工作。
1977年,鄭哲敏主持制訂了中國科學院的力學發(fā)展規(guī)劃。1978年,鄭哲敏又第一次作為主持人之一,組織了制定全國力學規(guī)劃的工作。他在會前作了充分的準備,組織了一個班子研究力學史,把握力學發(fā)展的趨勢,明確了20世紀以前的力學曾經(jīng)推動了第一次工業(yè)革命,但理論研究與生產(chǎn)的關(guān)系并不十分密切,力學始終是一門理論性很強的基礎(chǔ)學科;然而20世紀的力學發(fā)展則緊密地和應用技術(shù)的進步結(jié)合在一起,應用力學成為力學的主干。20世紀上半葉,以L.普朗特(Prandtl)、馮·卡門、泰勒為代表的力學大師們?yōu)榘l(fā)展航空以及在第二次世界大戰(zhàn)期間為闡明火箭、原子彈爆炸原理等方面解決了一系列力學問題,產(chǎn)生了空氣動力學、塑性力學等新的分支學科。在此期間,理論力學也有很大進步,主要在理性力學、攝動理論等方面。
創(chuàng)造一個團結(jié)、活躍的氣氛
在這次規(guī)劃會上,鄭哲敏遵循團結(jié)協(xié)作、實事求是、求同存異、各得其所的原則,努力為會議創(chuàng)造一個團結(jié)、活躍的氣氛。來自各個方面的專家們各抒己見,認真地總結(jié)歷史經(jīng)驗,結(jié)合中國建設(shè)的長期發(fā)展需要以及國際上力學發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,對力學這門學科的性質(zhì)和內(nèi)容進行了熱烈的討論。經(jīng)過反復醞釀和協(xié)商,取得了統(tǒng)一的認識:力學是眾多自然科學學科和工程技術(shù)的基礎(chǔ),既是基礎(chǔ)科學,也是技術(shù)科學!∴嵳苊舴浅jP(guān)心一些薄弱環(huán)節(jié)今后的發(fā)展。早在60年代初,他已深切認識到固體材料的力學性質(zhì)在固體力學中的基礎(chǔ)和核心的作用,而中國在這方面的研究工作卻相當落后,嚴重影響了新材料和新工藝的發(fā)展與使用,以及對實用結(jié)構(gòu)進行精確的力學分析。
對問題的立項進行了不懈的努力
在這次會議中,他對這個問題的立項進行了不懈的努力。在研究途徑方面,他強調(diào)金相觀測,走宏觀與微觀相結(jié)合的道路,這條道路符合當今世界的發(fā)展潮流。流體力學中最基本的問題當推湍流機理,過去中國只有為數(shù)很少的幾位科學家在這方面進行著艱苦的工作,鄭哲敏深深體會到這一問題的重要性以及它的困難程度,應該在規(guī)劃中把它放在重點的位置上,才能得到廣泛的支持。此外,鄭哲敏對理性力學和應用數(shù)學的發(fā)展也十分關(guān)心,他認為過去中國的力學工作片面強調(diào)應用,忽視理論分析,更看輕了分析方法以及理論基礎(chǔ)的作用,在這次規(guī)劃中也應該有它們的地位,才能確保力學學科的均衡發(fā)展。通過與會專家們的共同努力,終于在規(guī)劃中確定了14項重大課題,其中第一項屬于固體材料的力學性質(zhì),第二項則是關(guān)于湍流機理。為了支持這兩個重點項目,鄭哲敏代表力學研究所承擔了有關(guān)任務,并親自籌劃建立了材料性能研究室,同時請談鎬生領(lǐng)導建立基礎(chǔ)力學研究室,分別展開了研究。
破壞規(guī)律與環(huán)境力學
組織和指導海洋工程力學材料變形和破壞規(guī)律環(huán)境力學的研究
鄭哲敏一貫遵循現(xiàn)代應用力學學派的傳統(tǒng),以解決重大工程技術(shù)問題為己任。他主張:“力學研究所應是以基礎(chǔ)性研究為主體的研究所,它的選題應該密切結(jié)合國民經(jīng)濟發(fā)展的需要,應當高水平地、創(chuàng)造性地滿足這一需要。”他又認為,中國科學院應當發(fā)揮多學科綜合性優(yōu)勢,組織協(xié)作研究,切實解決國家建設(shè)中的重大實際問題。他始終注視和關(guān)切國家建設(shè)的需要,通過出差、考察、參加學術(shù)會議等活動尋找和醞釀研究課題。到了70年代后期,在他負責力學研究所和中國力學學會的工作以及制訂中國科學院和全國力學規(guī)劃期間,發(fā)起、組織了海洋工程力學、材料變形和破壞規(guī)律以及環(huán)境力學等項國民經(jīng)濟中重大的中長期的綜合性力學問題的協(xié)作研究。在80年代中取得了一批豐碩成果,并且已經(jīng)形成全國性的、穩(wěn)定的研究隊伍。
組織海洋工程力學的研究
70年代中期,中國開始開發(fā)近海采油工業(yè)。鄭哲敏注意到能源短缺嚴重影響了中國的現(xiàn)代化建設(shè),認為力學家在這方面應該大有可為。1977年,錢壽易向鄭哲敏提出開展海洋土力學研究的建議。不久,林同驥也提出應組織力量研究海洋水動力學問題。鄭哲敏認為,力學研究所有條件把流體力學、結(jié)構(gòu)力學和土力學等各方面的專業(yè)人才組織起來,發(fā)揮各自的特長,綜合地解決從大氣與海水、海浪與結(jié)構(gòu)、直到結(jié)構(gòu)與海洋土之間一系列的相互作用問題。1983年,鄭哲敏組織力學所專家到渤海和南海訪問海洋石油公司,進行實地調(diào)查和了解,繼而組成考察團到挪威、英國的有關(guān)部門進行海洋工程方面的考察。經(jīng)過反復醞釀,向中國科學院提出了系統(tǒng)研究海洋工程力學的建議。第六個五年計劃期間,中國科學院和力學研究所分別對海洋工程研究做了專項支持,使海洋工程研究在錢壽易的領(lǐng)導下,聯(lián)合有關(guān)研究所,首先在海洋工程地質(zhì)考察和評價方面取得重大進展。1987年,成立了中國科學院海洋工程科學技術(shù)研究中心,鄭哲敏擔任中心主任。另外,由林同驥牽頭,承擔了七五國家科學基金重大項目--“海洋工程中的力學問題”的研究。經(jīng)過1987至1991年的大力協(xié)同,在海洋石油部門的密切配合下,完成了全部研究任務,有力地支持了近海石油的開發(fā)工作。鄭哲敏又繼續(xù)負責中國科學院八五重大應用項目“海洋工程的安全、防護及海洋環(huán)境研究”。
組織材料變形和破壞規(guī)律的研究
鄭哲敏十分重視固體材料力學性質(zhì)的研究,他認為,隨著當代數(shù)值計算能力的加強,固體力學應當更加重視材料力學性質(zhì)的研究。早在60年代,他就領(lǐng)導了一個研究組開始研究材料在沖擊載荷下的變形和破壞。70年代初,他邀請陳篪到力學研究所作了斷裂力學的專題報告。以后又在1978年他所主持制訂的全國力學規(guī)劃中,把材料力學性質(zhì)的研究列為14項重大課題的第一項。并且,為了實現(xiàn)這個規(guī)劃,他身體力行,規(guī)劃會一結(jié)束,即在力學研究所建立了專門從事這項研究的研究室,展開材料動態(tài)力學性質(zhì)、材料的本構(gòu)和斷裂與細觀結(jié)構(gòu)之間關(guān)系等研究。接著,他又在中國科學院內(nèi),聯(lián)絡力學所、金屬所、固體物理所、腐蝕和防護所等單位,發(fā)起和組織院內(nèi)大協(xié)作,承擔了中國科學院七五重大基礎(chǔ)項目“材料的變形、損傷、斷裂行為的機制及其力學理論”的研究,他們圓滿地完成了任務,在絕熱剪切帶、變形與斷裂的分子動力學數(shù)值模擬,單、雙、三晶的變形與斷裂行為以及在疲勞與蠕變的交互作用機制等研究中,都作出了開創(chuàng)性的工作。
考察了加利福尼亞州的水資源
組織環(huán)境力學的研究鄭哲敏多次出差大西北,給他留下最深刻的印象是西北缺水,那里是大片黃土或戈壁灘,很少綠洲。如果接連幾天下雨,光禿的土地留不住水,經(jīng)過大水沖刷容易形成泥石流,沖毀鐵路和房屋。為此,鄭哲敏心里一直感到不安,經(jīng)常考慮如何解決這一問題。1983年,鄭哲敏在中國科學院技術(shù)學部大會上專心致志地聽取了水利和能源部門有關(guān)水資源的報告,會后又仔細閱讀了大會的文集。1984年他應邀訪美時,特地去考察了加利福尼亞州的水資源,收集并帶回有關(guān)加州水資源的分布和治理的詳細資料。之后,他兩次組織科研人員去西南和西北考察自然環(huán)境。1985年,在中國科學院院長盧嘉錫主持的所長會議上,他正式提出力學應面向地學的觀點。1986年,在他為力學研究所制定的主攻方向中,把農(nóng)業(yè)、國土整治及環(huán)境科學列為其中的一項。并于1987年和1989年兩次邀請中國科學院內(nèi)地學界的主要研究單位和專家,舉辦環(huán)境和災害流體力學研討會。1988年,力學研究所又成立了環(huán)境力學研究室。中國的力學界已經(jīng)和地學界建立了協(xié)作關(guān)系,共同朝著發(fā)展環(huán)境力學的方向邁開了堅實的步伐。
開展基礎(chǔ)研究
組織中國科學院力學研究所非線性連續(xù)介質(zhì)力學開放研究實驗室開展基礎(chǔ)研究
鄭哲敏認為:科學院不抓基礎(chǔ)研究是站不住腳的,力學的基礎(chǔ)研究應該成為力學研究所的一個主攻方向。
經(jīng)過他多年的醞釀和準備,在中國科學院的領(lǐng)導和所內(nèi)外專家的支持下,1988年6月正式成立了力學研究所非線性連續(xù)介質(zhì)開放研究實驗室,這個實驗室的研究方向和內(nèi)容是:研究探索連續(xù)系統(tǒng)動力學中的非線性效應,特別是下面幾個具有重大應用前景的課題,即固體材料的非線性力學性質(zhì)、湍流與穩(wěn)定性、非線性波理論、分離與旋渦,以及環(huán)境與災害力學中的若干基礎(chǔ)問題等。
實驗室徹底實現(xiàn)開放的性質(zhì),邀請國際、國內(nèi)知名科學家擔任學術(shù)領(lǐng)導,吸引所內(nèi)外專家,特別是年輕的博士或?qū)<襾硎夜ぷ。客座研究人員已占全體研究人員的80%以上,35歲以下的青年人則超過40%。
開動和啟發(fā)創(chuàng)造性思維
鄭哲敏在組織這個實驗室的研究工作中,刻意創(chuàng)造濃厚的學術(shù)討論的氣氛,定期組織有關(guān)開題、進展和成果總結(jié)的學術(shù)會議,以及有計劃地組織邀請最新方向的綜合或?qū)n}學術(shù)報告。他認為經(jīng)常召開學術(shù)會議,進行短兵相接的討論,最能開動和啟發(fā)創(chuàng)造性思維,很多題目和構(gòu)思是在熱烈的爭辯中形成的,他經(jīng)常參加這類活動,踴躍提問,對揭露矛盾和引導青年起到積極作用,他在課題審批方面注重學科上的先進性,以及研究者的實際能力,他主張重點扶植已經(jīng)作出成績的青年學者,為他們創(chuàng)造更好的工作條件,選送他們出國考察和交流。
帶動了中國科技和社會的進步
實驗室成立三年在固體材料的力學性質(zhì)、流體的非線性現(xiàn)象和環(huán)境流體力學的基礎(chǔ)問題三方面已取得了一些成果,在國際和國內(nèi)核心刊物上發(fā)表了58篇論文。實驗室已形成一批中年學術(shù)帶頭人,他們的工作已引起國際學術(shù)界的重視;也涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的青年專家,組成了優(yōu)秀人才的梯隊。
鄭哲敏認為這個實驗室已經(jīng)有了一個良好的開端,已經(jīng)在力學發(fā)展前沿的幾個方面組織起一個有生氣的隊伍,今后發(fā)展的關(guān)鍵是貴在堅持,保持穩(wěn)定,決不可急功近利,見異思遷,奮斗十年、幾十年,一定能在力學界躋身國際先進行列,一定會帶動中國的科技和社會的進步。
獲得榮譽
經(jīng)中科院國家天文臺提議和國際天文學聯(lián)合會批準,中國國2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者屠呦呦和近年國家最高科技獎獲得者謝家麟、吳良鏞、鄭哲敏、張存浩獲得永久性小行星命名。命名儀式于2016年1月4日在北京舉行,中共中央政治局委員、國務院副總理劉延東出席,并向五位科學家分別頒發(fā)了小行星命名證書和運行軌道銅牌。