“力学与交叉学科发展论坛”成功举办

日期:2024-06-17 16:10:57  作者:

论坛现场

由北京大学工学院主办、周培源基金会协办的“力学与交叉学科发展论坛”于2024年5月3日-5月4日在北京成功举办。中国科学院院士、浙江大学杨卫教授,美国国家工程院院士、美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士、北京大学力学系80级校友、美国西北大学黄永刚教授,美国国家工程院院士、美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士、清华大学高华健教授,中国科学院院士、南京航空航天大学郭万林教授,中国科学院院士、北京大学魏悦广教授,中国科学院院士、大连理工大学郭旭教授,中国科学院院士、北京大学段慧玲教授,北京大学科学研究部部长谢冰教授,国家自然科学基金委数理学部原副主任、北京大学力学系85级校友孟庆国研究员,北京大学工学院相关院领导以及全国46所高校和科研院所的相关领导、专家和教授共230余人参会。开幕式由北京大学工学院副院长、力学与工程科学系主任杨越教授主持。

杨越教授主持论坛

本次论坛恰逢北京大学建校126周年、北京大学力学学科创建72周年、北京大学工学院重建19周年。为促进力学学科的发展及多学科交叉融合,同时为院友们创造学术交流的平台,在北京大学校庆日当天,特举办本次活动,邀请相关领域的专家学者、行业骨干、院友代表齐聚一堂,围绕国家战略、科技前沿和交叉学科进行学术交流与讨论,共同推动力学与交叉学科协同发展。

谢冰教授致辞

5月4日上午,北京大学科学研究部部长谢冰教授出席开幕式并致辞。谢冰教授首先代表学校对各位领导、专家、学者莅临会议表示欢迎和感谢。2024年是北京大学“学科质量年”,学科交叉融合正是推进学科高质量发展的重要手段。一直以来,北京大学都把推动学科创新、学科交叉与融合作为学科发展的重要战略支点,学科交叉是科技创新与产业创新的源泉,也是本次论坛的基本宗旨。力学学科不仅在工程科学领域有着举足轻重的作用,而且与多个学科领域交叉融合,展现出强大的生命力和广阔的发展前景,是解决卡脖子问题,发展颠覆性技术的关键命门和支撑所在,也是北京大学双一流建设最为重要的支柱学科之一。谢冰教授表示,希望北京大学工学院,尤其是力学学科在加快科技自主创新步伐、发挥基础研究优势作用的同时,进一步强化有组织的科研,也希望专家们继续指导凝练力学学科领域重大科学问题和主攻任务,更好地推进科技创新,抢占科技制高点,在实施科技强国战略、推动新质生产力发展中发挥更加重要的作用。未来,学校将会一如既往地高度关注和大力支持工学院、特别是力学学科的建设和发展,不断强化力学学科与其他学科之间的交叉融合、协同攻关,助推北大科技创新工作高质量发展。

段慧玲院士致辞

中国科学院院士、北京大学工学院院长段慧玲教授代表北京大学工学院致辞。她表示在北大的生日,同时也是校友返校日这天,大家在座落于燕东新园的新奥工学大楼中聚会,参加大楼建成后的首场学术会议,具有重要意义。段慧玲院士提到,重建后的北大工学院因力学学科而生、而兴,新奥工学大楼也由力学与交叉学科论坛而启、而成。这既是对历史最好的尊重和传承,也是对未来最好的希冀和展望。随后,她对北大力学学科及工学院取得的成果进行了回顾,过去72年里,力学在北大生生不息、代代相传,一直保持着学科的优势地位,取得了诸多成果。段慧玲院士表示在北京大学的“学科质量年”,北大力学学科作为双一流学科,肩负着率先跻身世界顶尖的艰巨使命。她对校友的返校表示热烈欢迎,期待各位专家、学者深入研讨我国力学和交叉学科发展的重大问题,凝练学科发展方向,为推动教育、科技、人才强国建设,作出新的更大贡献。

开幕式结束后,黄永刚院士、高华健院士先后作特邀报告,随后段慧玲院士主持“新时代力学教育教学圆桌论坛”,邀请杨卫院士、黄永刚院士、高华健院士、郭万林院士、魏悦广院士、郭旭院士就新时代力学教育教学发表看法并讨论。

黄永刚院士作特邀报告

黄永刚院士作了题为《Relation between Blood Pressure and Pulse Wave Velocity for Human Arteries》的特邀报告。报告从高血压对人体健康造成影响引入,列举了当前传统的血压监测方式在测量效果、组织损伤及活动限制等方面的问题,从而引入到基于脉搏波速度测量的无袖带血压测量技术。传统的Moens-Korteweg(MK)与Hughes方程将脉搏波速度与血压建立起关系。但是,MK方程是基于动脉为薄壳、小变形假设获得的。对于人类动脉,以上两个假设均可能不成立。此外,Hughes方程中血压和动脉壁弹性模量的关系则是完全经验的。黄永刚院士及合作者基于动脉的超弹性本构,放松了方程中的两个假设,建立起了全新的脉搏波速度与血压之间的关系,通过体外实验验证了模型的正确性,并在人体血压范围内进行了简化,给出了形式简单、便捷易用的公式。报告由国家自然科学基金委数理学部原副主任孟庆国研究员主持。

高华健院士作特邀报告

高华健院士作了题为《力学设计高质量半导体纤维》的特邀报告。通过介绍半导体技术和微纳纤维的应用场景,指出制备连续高质量无机半导体纤维是实现电子器件柔性化的一个重要手段。基于光纤热拉制工艺,高华健院士团队针对无机半导体纤维制备过程中的关键力学问题--流变状态的毛细不稳定性及固态的内应力断裂,利用理论和数值模拟等手段进行力学分析,揭示了相关现象的力学机制,从材料工程角度给出了有效的设计准则。该工作克服高温高应力等挑战,突破脆性无机半导体材料的纤维柔性化技术,将硅、锗等脆性半导体拉制成微米级细丝,成功地将成熟的光纤加工工艺迁移到超长无机半导体纤维的制备,使其工业实现具有较强的可行性。高华健院士还介绍了Mechano-X的理念,即将力学用于交叉学科场景下的主动设计。报告由北京大学工学院副院长刘谋斌教授主持。

圆桌论坛

(从左至右,从上至下:杨卫、黄永刚、高华健、郭万林、魏悦广、郭旭)

力学作为一门与国民经济建设和国家安全战略直接相关的基础学科,其教学和人才培养是所有力学工作者的根本任务之一。尤其是新时代下的力学教育教学,力学科技教育工作者责任重大。为此,在探讨力学与交叉学科发展的同时,本次论坛还特别组织了圆桌论坛,共同讨论新时代背景下的力学学科的教育和教学。

圆桌论坛由段慧玲院士主持,杨卫院士、黄永刚院士、高华健院士、郭万林院士、魏悦广院士、郭旭院士分别围绕“新时代力学教育的发展趋势与挑战”“力学高层次人才培养”“力学教育的国际交流与合作”“推动基础力学研究的发展”“力学教育在人才培养中的独特作用”“力学教学方法的改革与创新”“力学在新工科中的定位与作用”等主题发表看法。杨卫院士表示新时代力学教育要将物理与信息相结合,一方面是因果机理性探讨,另一方面是数据驱动探讨,还有一方面是两者结合,同时也将力学进行泛化。黄永刚院士表示,要鼓励研究者尤其是年轻学者出去开会,在国内外会议交流中接触前沿;在学生培养方面,他采用的是“背着学生走——领着学生走——学生自主”的三步原则。高华健院士表示,要学会找问题,尤其是前沿问题,最重要的是进行对外交流,让更多国际同行认识自己,形成自己的个人网络。郭万林院士表示,力学是面向工程科学、面向经济发展的学科,当下的力学教学应将量子力学纳入其中,继续发展新的力学,并用力学解决好实际问题。魏悦广院士表示,要增加学生工程学科的基础理论,发挥独有的学科优势,以此为基础可以进入其他学科实现交叉。郭旭院士表示,力学教学要重视课程思想,把成熟的概念或知识点从新的视角,以新的方式呈现,带给学生更多地思考,加深力学认知。

论坛邀请报告

(从左至右,从上至下:周青、樊瑜波、陈小伟、王成、魏宇杰、施兴华)

5月4日下午,北京大学力学系81级校友、清华大学周青教授,北京大学力学系83级校友、北京航空航天大学樊瑜波教授,北京大学力学系85级校友、北京理工大学陈小伟教授,北京大学力学系01级校友、北京理工大学王成教授,北京大学力学系92级校友、中国科学院力学研究所魏宇杰研究员,北京大学力学系97级校友、国家纳米科学中心施兴华研究员作邀请报告。中国科学院力学研究所戴兰宏研究员、清华大学冯西桥教授、河北工业大学胡宁教授、清华大学符松教授、哈尔滨工程大学吴林志教授、浙江大学曲绍兴教授分别主持。

周青教授作了题为“智能汽车和电动汽车安全防护”的报告。报告主要从电动汽车的碰撞力学和自动驾驶汽车安全防护两部分进行。周青教授首先介绍了电动汽车的碰撞事故风险及电池包的重要角色,并提出电池碰撞安全的设计目标应为,在高速碰撞且电池发生变形的情况下不起火,通过建立动力电池碰撞损伤容限及预测模型及采用电池的异构排布来提升电池包的碰撞安全性。随后,介绍了自动驾驶汽车在极端风险场景下的安全防护策略,探讨了后倾坐姿乘员的碰撞损伤及力学成因,并指出未来的乘员安全防护装置应主要集成在汽车的智能座椅上。

樊瑜波教授作了题为“力-材料-组织细胞相互作用及应用研究”的报告。报告从复杂近生理环境多尺度生物力学模拟的介绍开始进行,展示了生理功能微反应器技术、循环系统仿真技术、动脉近生理脉动流模拟技术、细胞/组织生物力学实验技术,定量化研究了细胞组织生长/改重建的力学生物学以及不同可降解材料应力与降解的关系,并展示了一系列基于生物力学的心血管植介入器械设计以及相关评测关键技术和应用。

陈小伟教授作了题为“空间碎片云、陨石坑撞击、小行星防御等超高速碰撞的研究新进展”的报告。报告中提到空间碎片尤其是较大空间碎片对航天器存在严重危害。针对0.1-1 cm的空间碎片超高速撞击航天器的防护结构,利用FE-SPH自适应算法进行仿真分析,特别针对蜂窝夹芯板、泡沫夹芯板、CFRP层合板等各向异性或结构复合材料通过细观建模实现系列仿真设计研究,并对碎片云物相演化进行了数值模拟。同时对类地行星陨石撞击成坑的过程进行仿真及数值实验,也能够利用此方法研究通过爆炸或撞击实现对小行星的偏转防御。 

王成教授作了题为“爆炸毁伤与防护高精度仿真模拟研究”的报告。针对武器弹药数字化设计的国防战略需求,以及工业重大爆炸灾害防控救援和事故还原再现,提出了爆炸毁伤力-热-化耦合模型,再结合原创计算方法,解决了实际工况爆炸“算不了”“算不准”“算不快”的难题,在国防和民用领域得到了广泛应用。

魏宇杰研究员作了题为“裂纹偏折、分岔及其弹性场求解”的报告。他基于能量释放率最小原理,给出了裂纹沿任意方向扩展的应变能释放率的显式表达式;基于平面弹性理论和共形映射变换,针对偏折裂纹弹性边界值问题,给出了任意长度偏折裂纹尖端弹性应力场的解析解,推导出对应裂纹尖端应力强度因子的理论表达式;给出了分岔裂纹尖端应力强度因子的渐近级数解;给出了半平面偏折裂纹的半解析解,裂纹尖端的应力场以及应力强度因子,得到了Kalthoff-Winkler裂纹之间呈指数衰减的屏蔽关系。

施兴华研究员作了题为“温度梯度下颗粒的热泳与热渗”的报告。药物疗效受递送方式的显著影响,纳米药物的递送科学问题在于网络组织间热驱动的粒子输运。通过建立可靠的微尺度温度梯度驱动实验平台,进行实验表征,在模拟与实验结合的手段下对热泳和热渗进行解耦,探讨了温度梯度、颗粒粒径与颗粒性质对粒子输运的影响。他介绍了在HEC凝胶体系下进一步实验,结合荧光分子标记等手段,验证了温度梯度诱导HEC形成浓度梯度,发现了HEC凝胶粘度主导了颗粒的输运过程。

青年论坛邀请报告

(从左至右,从上至下:刘大彪、马寅佶、邵丽华、王艳锋、杨子轩、曾祥远、潘定一、满怡、范海冬、傅卓佳、李延深、肖厦子)

此外,5月3日下午,北京大学工学院还举办了“力学与交叉学科发展论坛—青年论坛”。实现高水平科技自立自强是中国式现代化建设的关键。青年科技人才是科技创新的主力军,是国家战略人才力量的重要组成部分。科技兴则国家兴、青年强则未来强。本次青年论坛旨在围绕国家战略、科技前沿和交叉学科进行学术讨论与交流,增进青年科学家们在力学与交叉学科领域的交流与合作,充分展现青年力学学者坚定创新自信、勇攀科技高峰的精神风貌。论坛邀请到国内多个高校和科研院所的专家、学者,给青年学者提供了充分交流和讨论的平台。本次会议由北京大学工学院力学与工程科学系副系主任易新研究员和杨延涛研究员负责组织,北京大学工学院副院长杨越教授致开幕辞。

“力学与交叉学科发展论坛—青年论坛”中,华中科技大学刘大彪教授作了题为“细长柔性结构力学:从扭转失稳到人工肌肉”的报告,清华大学马寅佶副研究员作了题为“基于内聚力模型的薄膜剥离行为与转印技术”的报告,北京航空航天大学邵丽华教授作了题为“基于多孔材料挠曲电效应的冲击防护与传感原理研究”的报告,天津大学王艳锋教授“基于声振耦合超构表面的水下声波调控”,中国科学院力学研究所杨子轩研究员作了题为“冲击射流的数值模拟研究”,北京理工大学曾祥远教授作为题为“小天体超高速进入地球大气的动力学问题”的报告,浙江大学潘定一教授作了题为“颗粒悬浮液的流变特性和微观结构研究”的报告,北京大学满怡研究员作了题为“活性颗粒在剪切稀化流体中的推进”的报告,四川大学范海冬教授作了题为“镁合金的强化机制与理论”的报告,河海大学傅卓佳教授作了题为“物理信息核函数计算方法”的报告,中国科学院大学李延深副教授作了题为“多组分流体中液滴的运动与析出”的报告,中南大学肖厦子教授作了题为“金属材料力学性能的辐照效应”的报告,报告分别由大连理工大学郑勇刚教授、中国科学技术大学王奉超教授、西北工业大学徐翱长聘副教授、兰州大学王国华副教授、清华大学崔一南副教授、浙江大学夏振华研究员主持。

青年学者们立足当下重点难点问题,报告内容涉及仿生结构、金属材料、柔性技术、冲击与防护、声学、航天动力学与控制、流体力学、计算方法等领域,与会学者进行了热烈的讨论,迸发出创新的火花,取得了预期效果。

未来,北京大学工学院将全面贯彻落实党的二十大报告精神和北京大学第十四次党代会报告关于新工科建设的战略部署,围绕新质生产力的核心任务,坚持“四个面向”服务国家战略,做好力学及“力学+”交叉学科的建设,持之以恒地推动力学与交叉学科的高质量发展,力争在基础理论创新、关键技术突破和工程应用引领上作出更大贡献。