青年人才托举工程专刊序

陆夕云

(中国科学技术大学近代力学系,合肥 230027)

青年科技人才是我国科技人才的重要组成部分和主要后备力量,在加快实现高水平科技自立自强的过程中,具有其他群体不可替代的优势和潜力.2023 年8 月,国家发布了《关于进一步加强青年科技人才培养和使用的若干措施》,充分显示了党和国家对青年科技人才的高度重视.

2015 年10 月,中国科学技术协会首次启动中国科协青年人才托举工程(以下简称“青托工程”),择优支持中国科协所属全国学会或学会联合体,遴选一批32 岁以下有潜质的青年人才,给予他们连续3 年的经费资助,支持他们自主选题开展原创性研究,在创造力黄金时期做出突出成绩.该项目旨在引导全国学会创新青年科技人才的遴选机制和培养模式,提升凝聚青年科技工作者的能力,扶持有望成为未来科技领军人物的优秀青年人才快速成长,打造国家高水平科技创新人才后备队伍,被誉为青年科技人才成长的“第一块踏板”、青年科技人才科研创造关键时期的“雪中送炭”工程.自立项以来,中国力学学会连续获得九届青托工程立项资格,截至2023 年51 名青年科技人才已获资助,为我国力学人才蓄水池注入了新鲜血液,生动体现出我国力学事业的蓬勃发展.当前我们正处在一个最好时代,也是我们科技事业发展和青年人才成长的最好时代.回望个人的科研工作,对于青年人才的成长有几点思考与大家分享:

第一,坚持创新,踔厉奋发.未来力学学科的发展有赖于广大青年人才的共同努力.坚持创新意识,不断开拓新的研究领域和方向,积极利用新技术、新方法和新思路,展开具有创新性的科学研究,为推动力学学科发展、科技创新做出我们青年学者的贡献.如何踔厉奋发、不断前行呢？我想到我导师童秉刚院士在我读研究生阶段时,教导我常说的“法乎其上,得乎其中;法乎其中,仅得其下”,这就是要我们年轻时就要大胆追求远大的志向和抱负,胸怀宽广、眼界开阔,做大学问,解决大问题.我们要面向世界科技前沿,并积极与国际同行进行交流和合作,不断争取在国际学术舞台上崭露头角.

第二,执着追求,肩负责任.其实我们都知道,做学问并不是一件容易的事情,需要持之以恒、刻苦专研.宋代苏轼说过“古之立大事者,不惟有超世之才,必有坚忍不拔之志”,其意思是“自古以来凡是做大事业的人,不仅有出类拔萃的才能,也一定有坚韧不拔的意志”.2023 年的诺贝尔生理医学奖获奖者卡塔林·卡里科(Katalin Karikó)在她的科研之路上,经历了无数的挫折与困难,尽管曾三次被解雇,她从未放弃对科研的热爱与执着,在mRNA 技术上做出开创性贡献.当然,我们力学工作者也是大有作为的,针对前沿科学问题和重大科技工程中的瓶颈问题,需要执着攻关创新,并将研究成果服务国家、服务社会.力学与航空航天、生物医药、机械制造等关系国计民生的重大工程有着密切的联系.因此,我们青年人才需要具备跨学科合作的能力,与其他领域协同创新,共同解决重大难题和挑战.

第三,保持良好的心态和健康的生活方式.科学研究是一项长期而艰苦的工作,需要我们有坚定的信念和毅力.青年朋友们,我们要以良好的、积极向上的心态正确对待科研中的挫折和失败,在追求科研的同时,不忘关注身体健康,保持健康的生活节奏,寻找适合自己的平衡点,让自己在科研的道路上走得更长远、更稳健、更成功.

1957 年,在《力学学报》创刊伊始,钱学森先生就明确提出了期刊的定位: “我们希望《力学学报》的出版能更积极地推动我们的力学事业.……促进中国力学工作队伍很快地成长起来,使他们能负起社会主义建设事业的任务,这就是我们的目标”.为了更好地传承《力学学报》的办刊宗旨,服务力学学科的发展和力学人才的成长,搭建青年人才展示和交流的平台,《力学学报》依托中国科协青年人才托举工程,组织出版这一期《青年人才托举工程专刊》.专刊共刊出研究综述和研究论文15 篇,这些文章的第一作者或通讯作者都是获得青年人才托举工程项目支持的青年才俊.

在研究综述方面,第三届青托工程入选者郝鹏等围绕航空航天承载装备可靠性分析与设计中的诸多挑战难题,从结构高置信水平可靠度理论与方法层面系统梳理并总结了国内外最新研究进展,并基于现有成果和国家重大前沿需求,重点围绕航天装备可重复使用需求对结构可靠度未来研究方向进行了思考与展望.为开发设计可持续、绿色低碳的高性能木基材料提供理论参考,第五届青托工程入选者宋建伟等从木材的多尺度微观结构入手,分别从微观力学机制及微结构调控设计角度综述了“两步改性”策略对木材多层级微观结构的调控手段、对宏观性能的作用规律,以及实现的功能化应用,讨论了当前木基材料多尺度结构设计策略存在的不足,并综述了木基材料的功能化应用新进展.第八届青托工程入选者丁彬等系统总结了原子尺度断裂模拟进展,介绍了常用的加载方法,总结了基于原子尺度信息定量计算断裂韧性的方法,描述了近年来有代表性的不同类型纳米结构材料断裂行为模拟研究,强调了原子尺度模拟面临的问题和挑战,并对将来的发展方向进行了展望.

在流体力学领域,第三届青托工程入选者张欢等基于欧拉-拉格朗日点颗粒框架,采用考虑颗粒-湍流双向耦合的直接数值模拟方法,在携带双分散颗粒的水平槽道湍流中研究了颗粒间碰撞对双分散颗粒聚集模式的影响,发现了颗粒间碰撞显著抑制颗粒湍泳和近壁区倾向性聚集的现象.第五届青托工程项目入选者王静竹等开展了液体黏性对内空泡诱导柱状液滴界面不稳定性研究,基于高精度数值模拟方法揭示了液体黏性对界面扰动发展的影响机制,分析了不同流态下不稳定性发展特征量的演化规律,获得了液滴界面不稳定性在黏性影响下流态相图,为相关工程应用提供了重要支撑.

在固体力学领域,第一届青托工程入选者李锐等发展了无拉力弹性地基矩形板屈曲/后屈曲问题的辛求解方法,获得了经有限元验证的高精度结果,可为相关问题研究提供有力的理论工具.第二届青托工程项目入选刘大彪等基于Gudmundson 高阶应变梯度塑性理论深入研究了金属薄层受限剪切问题.综合考虑因界面倾斜引起的附加压应力和周期性钝化边界条件,对金属薄层的压缩-剪切组合变形进行了二维有限元模拟.定量描述了界面几何必需位错饱和引起的边界条件变化,理论预测与实验结果吻合.相关研究揭示了加载方式和高阶边界条件在微尺度材料塑性变形中的重要作用.第三届青托工程入选者王艳锋等通过复合独立设计的跨水空高透射声学超表面和高透射空气声调相超表面,实现了跨水空界面声波的异常折射和聚焦功能,并讨论了组合超表面间距对波控性能的影响.研究工作有利于新型跨水空声学器件的实际设计.第五届青托工程项目入选者于超等通过实验揭示了氢对超弹性镍钛合金弹簧变形行为的影响,在不可逆热力学框架下构建了镍钛合金的力-扩散耦合本构模型,并通过考虑弹簧的扭转和弯曲变形模式,发展了能够合理描述镍钛形状记忆合金弹簧力-扩散耦合变形行为的理论模型.为富氢环境下该类合金器件的设计和服役性能评估提供了理论工具.

在动力学与控制领域,第六届青托工程入选者陈提等针对SO(3)上挠性航天器的姿态控制问题,基于Koopman 算子理论和非线性系统稀疏性辨识算法(SINDY)实现系统的全局线性化数据驱动建模,并在Koopman 算子框架下设计了LQR 最优控制用于挠性航天器的姿态控制和振动抑制.通过仿真验证了Koopman 线性化建模框架的可行性,并将所提出的控制器与非线性最优控制SDRE 方法对比,证明了其高效性和有效性.第七届青托工程入选者李庆军等针对机器人空间组装超大型多模块结构的过程,提出了一套轨道—姿态—结构耦合动力学、规划与控制的仿真框架,集成了机器人和柔性模块动力学模型、组装序列规划、机器人动作规划与轨迹规划、机器人关节轨迹跟踪控制、结构模块姿态控制和结构振动控制,研究了不同组装姿态情形下的轨道、姿态、结构及机器人关节等动力学响应.第八届青托工程入选者郝宇清等针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN 深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息.该控制器可以直接应用于带有非完整约束的欠驱动无人车的编队任务,且不需要精确模型信息.

在生物力学、工程力学及交叉力学领域,第一届青托工程入选者徐光魁等基于真实的患者数据,建立了上气道流固耦合模型,模拟了气道的气体流动和变形状态.他们发现简单地扩张气道横截面积并不能改善病情,而有效手术需要改变气道进出口压降和局部流速.所发展模型可对悬雍垂腭咽成形术等手术进行指导.第三届青托工程入选者代胡亮等针对工程中复杂构型输流管道系统,建立了基于绝对节点坐标法的流固耦合动力学理论模型,开展了输流管道振动响应与稳定性分析的研究,提出了管道支承优化设计策略,结果表明该分析模型的计算效率显著高于商业有限元软件.第四届青托工程入选者孙直等针对非均匀复杂梁结构,采用渐近分析的方法,推导了三维梁结构的一维等效振动分析模型,研究结果表明所提等效模型对细长梁自振频率的分析精度与稳定性显著优于商业有限元软件中的常用梁单元.

我们相信专刊的出版将展示这些优秀的青年力学人才在流体力学、固体力学、动力学与控制、生物力学、工程力学及交叉力学等学科的前沿科技成果,带动国内更多的青年学者关注并探索力学的前沿科学问题和国家重大需求中的瓶颈问题,促进人才培养和成长,不断推动我国力学事业的蓬勃发展.