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【院长谈】李栋:“1→0”的双生螺旋:力学基础之深与应用之远

发布时间:2025年06月23日 来源:党委宣传部 点击数:

力学是门探索物质运动与相互作用的经典学科,在人类迈向现代文明和不断创造工程奇观的过程中始终扮演着基石角色。从宏伟桥梁的静力平衡到微小芯片的纳米尺度力学行为,其触角不断延伸至人类认知与能力的极限边缘。工程疆域向何种极端条件或前沿环境拓展,力学的前沿探索与基础研究就必然紧随其后,因此,力学面向工程实际的自觉性必然推动基础研究的不断深入,并从基础研究的突破上,获得解决工程问题能力的跨越式提升。

1、工程应用的边界拓展为力学研究带来无尽活力

工程实践的边界不断突破,将力学研究推入一个又一个“无人区”。当航天器以数倍音速穿越稠密大气层时,气动摩擦产生数千摄氏度高温,热-力-化学的强耦合效应成为生死攸关的课题,催生了极端条件下材料响应与流固耦合理论的发展。在深海探测领域,马里亚纳海沟万米深渊中,每平方厘米承受超千个大气压的巨大水压,挑战着耐压壳结构设计的极限,推动着高压流体力学与材料失效机理的研究。微观层面,芯片制造中纳米尺度结构的力学稳定性、量子点中的应力调控,更是将力学引入量子效应显现的奇异领域。工程需求如同强劲引擎,驱动着力学研究的车轮不断碾过认知的“冻土”,驶向未知之境。

2、“1→0”的基础研究是工程应用前沿领域突破的基石

工程需求的牵引下,若没有不断的基础研究突破作为源头活水,这种向极限边界拓展解决问题的能力提升将是无本之木。力学基础研究的重要性,在于其构建普适性理论框架与揭示物质运动根本规律的能力。牛顿定律奠定了经典力学的基石;连续介质力学则架起了微观粒子行为与宏观材料性能之间的理解桥梁;纳维-斯托克斯方程描绘了流体运动的基本约束框架。这些看似抽象的理论,为解决极端复杂问题提供了不可或缺的“基本原则”和“工具箱”。例如,非线性动力学理论的发展,使工程师得以预测并控制大型柔性航天结构在复杂太空环境中的有害振动;断裂力学对裂纹尖端奇异场的精确描述,成为评估飞机结构剩余寿命、保障飞行安全的科学基石。基础研究如同深埋地下的根系,默默汲取养分,支撑着地表之上应用技术参天大树的蓬勃生长。

3、解决问题是“1→0”基础研究最强劲驱动

基础研究面向工程应用背景的必要性,根植于力学作为“桥梁学科”的本质。工程中涌现的真实、复杂且往往相互耦合的难题,是检验理论有效性的“试金石”,更是激发基础研究创新的“催化剂”。有限元方法的诞生与发展便是明证:正是为解决飞机结构强度分析这一具体工程需求,科学家们将变分原理与数值计算方法巧妙结合,最终催生了这一改变现代工程设计的革命性工具。反之,若基础研究沉溺于“空中楼阁”,满足于理想化的模型推演而忽视真实世界的复杂约束——如材料缺陷、制造误差、环境扰动等——其成果往往难以落地转化。力学基础研究的生命力,在于它既仰望星空追寻普遍真理,又时刻不忘脚下工程大地传来的深沉脉动。

4、“1→0”的基础研究就是工程力学的从实践中来,到实践中去

力学研究中工程应用(“1”)与基础研究(“0”)的辩证统一是生生不息、螺旋上升的循环。“从实践中来”,意指工程应用中的真问题、新挑战是基础研究的灵感源泉与最终归宿。 “到实践中去”,则强调基础研究的成果必须回归工程实践,接受检验并创造价值。工程应用于基础研究双向奔赴、工科理科双向对齐,这是“1→0”的闭环,恰如DNA的双螺旋结构,基础与应用相互缠绕、协同进化,共同编织出力学学科不断向上攀升发展路径。

5、服务于“三航”不断拓展的工程需求,力学的基础研究和应用结合,正是“1→0”的实践体现

西工大的力学学科发展与学校的三航特色血肉相连,从飞机的空气动力学、结构强度,到动力学控制和可靠性工程研究,无不是瞄着解决航空、航天、航海中日益拓展的工程前沿需求去开展的。力学的发展活力,来源于三航领域不断提出的工程挑战,力学学科科学研究的水平提升,也依赖于解决工程问题手段、方法、条件的进步,其中最核心的因素是力学基础理论层面的突破,它决定了力学的研究是停留在像工匠一样在现有理论框架下追求天花板,还是能突破理论框架边界促成三航领域高维度的竞争优势。

6、力学与土木建筑学院开展“1→0”基础研究的激励与组织方式探索

一是强化“1→0”范式研究意识,提升内驱型原始创新力。系统梳理学院内部在研科研项目,深度剖析核心攻关要点与实践应用目标,以国家重大战略科研任务需求为牵引,突破以完成任务为首要目标的思维定式,强化对关键共性科学问题的源头探索与系统思考,凝炼出驱动前沿工程实践的核心基础科学问题,切实提升中青年教师群体的内驱型原始创新能力。二是构建高度组织化的科研模式——“1→0”模式,以推动工程问题与科研创新的深度融合。组建校企联合攻关团队,引导青年教师与研究生深入科研一线,精准定位具有关键意义的工程研发问题“1”;打造具有学院特色的核心团队,强化团队内部基础研究和工程项目的分工协作,打通从工程到科学问题的“1到0”的转化环节;通过组织重大重点研究计划申请,聚焦关键科学问题深入攻关,为型号应用提供坚实有力的理论支持,为该模式的持续发展提供有力支撑。

小结:在人类挑战工程极限、拓展认知边疆的过程中,力学以其独特的基础性与应用性双重属性,始终立于潮头。它既需要深入物质运动本质的“顶天”气魄,追求普适真理;更需具备扎根工程沃土的“立地”精神,解决实际问题。唯有深刻理解并自觉实践“从实践中来,到实践中去”的“1→0”循环,让基础研究的根系深扎于应用需求的土壤,力学的发展才能在工程前沿的无尽拓展中不断获得源源不断的活力。