新华日报
2019年06月26日
新华日报
第19版:科技周刊·星光

中科院院士、南航教授郭万林

“郭理论”:破解飞机疲劳裂纹世界难题

江苏院士

熟悉郭万林的南京航空航天大学师生,都会很自然地用“儒雅”形容他。除了衣着得体、谈吐优雅,59岁的郭万林院士更有一种韧性,潜心科研四十载,他始终面向前沿,科研和教学,他都要做到最好,做到世界一流。

家国情怀,是一种传承

1981年,郭万林进入西北工业大学学习。同年,日后成为他的研究生导师和人生导师、我国航空事业奠基人之一的黄玉珊教授,在西工大创建了飞机结构强度研究所。

谈起自己的导师,他依然被先生的爱国情怀深深感动着。在黄玉珊先生诞辰百年、逝世三十年之际,作为关门弟子的郭万林回忆起恩师的点点滴滴,不禁感慨道:“究竟是什么样的精神才会让一个23岁的博士从美丽的斯坦福校园,义无反顾地回到一个战火连绵的祖国任教呀!”

爱国情怀在郭万林身上传递。郭万林应邀前往澳大利亚莫纳什大学和澳国防科学技术组织(DSTO)专家中心工作,主要解决F111飞机的疲劳裂纹问题。当时他在澳大利亚的年薪是六万澳元,还有正式的保险以及给家人的津贴,而他出国前每月的工资仅700元。

1996年,郭万林获得国家杰出青年基金,为他提供了60万的科研经费,亲友问他:“这60万的科研经费你自己能拿到多少呢?”“一分都没有,全是拿来做科研的。但是国家拿出这么多钱很不容易,这表明咱们国家非常重视我们领域的研究,国家需要我们,我必须要回去。”

“与现在的孩子不同,我们那时候上学,机会来之不易。”郭万林格外珍惜大学时光,“当时,我并没有什么雄心壮志,想得也简单,就想多学点,为祖国建设添砖加瓦。” 1985年,郭万林本科毕业,就获得研究生免试资格,他立刻开始自学各种理论书籍,“当时掌握的数理知识都特别扎实,后来学各种各样的新东西,都不会害怕,心里面都有底。”

郭万林在研究生阶段积累的理论基础,为今后“郭理论”的出现打下了坚实的根基。“就像是盖楼,地基如果够扎实的话,你想盖高点就可以高点,如果地基不扎实,你就得继续加工。”郭万林语重心长地告诉自己的弟子们。

创立三维疲劳断裂的“郭理论”

在郭万林免试进入研究生学习的阶段,正值“损伤容限设计”这一新的飞机结构设计概念在国际上发展的黄金时期,我国在这方面的研究也刚刚起步。

郭万林介绍,早期的飞机设计理念,是基于飞机部件上没有任何初始缺陷或裂纹存在这一假定。但材料之所以有强度,重要因素就是各种缺陷、位错的设计。材料的制造利用的就是这类缺陷,裂纹也因此在材料结构中滋生。随着材料在各种环境中的使用,裂纹更不可避免会扩展和繁衍。以美国为首的西方国家在大量机毁人亡的惨痛教训下,从上个世纪70年代开始了损伤容限研究和设计。

当时导师给了郭万林一份国外的研究报告,他仔细对比分析其中的实验数据发现,仅仅厚度不同,含裂纹试样的承载能力就有几倍的变化,裂纹疲劳扩展寿命的变化则高达数倍至上百倍。在不断研究下,在博士阶段他就发现使用后来被国际上称为“郭因子”的三维约束参数的有限特性,可以把难以求解的三维问题简化成可以求解的问题,这让他在国际上率先获得了对三维弹塑性裂纹问题的理论解。

在理论突破的基础上,又经过二十多年的不懈努力,郭万林带领他的团队系统地攻克了飞机结构三维损伤容限关键技术,为我国研制成功损伤容限时代的先进飞机起到不可或缺的作用。他所建立的三维弹塑性断裂理论也逐渐被国际学术界广泛承认、大量大篇幅引用评价,并冠以“郭因子”“郭解”等。

2008年,在我国某型飞机全机试验到关键阶段时,飞机出现较严重的裂纹,在这种紧急情况下,设计方和实验方都不敢贸然继续试验,在暂停实验后,他们委托郭万林及团队对飞机结构进行分析和计算。郭万林和团队成员们经过几个月日夜奋战,用他们建立的三维疲劳断裂理论计算分析后发现,开裂的飞机结构不仅能够承受100%的设计载荷,而且还有强度富余,型号研制方据此成功地完成了剩余强度试验,与他们的理论预测一致。

此后,他们还应用三维断裂理论对飞机主机翼、新型机翼等关键连接结构和轴结构进行了系统的损伤容限分析,给出的评估结果与之后完成的全机试验结果一致,受到设计方肯定:“为该领域的重大技术创新,使我国三维损伤容限分析达到国际领先水平。”

教授学生更多的是要传递精神

从教以来,郭万林已经培养了36名博士,包括杰青、优青、青千、全国优博和优博提名等优秀人才,2018年他还获评江苏省首届“十佳研究生导师”,他曾这样描述自己的教学心得:“教授学生不仅要教知识文化,更多的是要传递精神。”

每位学生都有手把手被郭万林教着写文章、修改文章的经历,大家提起来都觉得“苦不堪言”。郭万林对学术的要求极其苛刻,从每个数据到写文章时每个单词都有要求,学生的文章经常要修改十多遍,几乎每位学生都有跟郭老师改文章到深夜的经历。

南京航空航天大学张助华教授本科学习的是飞行器环境与生命保障工程,大四慕名加入郭万林课题组。郭万林从张助华的本科毕业设计开始指导,逐级扩展研究内容,加大研究深度,为他今后的学术研究打下了坚实的基础。

张助华说:“郭老师崇尚学术自由,注重挖掘我们的潜力,但细节把握非常严格,有的重要论文会来回迭代数十次,最后版本‘面目全非’。”至今,张助华总计发表SCI论文70余篇,其中影响因子大于10的论文37篇,被他引2000多次。

学生对郭万林最多的评价就是郭老师科研太刻苦了,出差回来总是第一时间直奔实验室,和学生分享他出差期间的所得、所想、所悟。郭万林工作起来就没有时间概念,灵感来了兴奋得像个孩子,迫不及待地找学生讨论。每天几乎都是最早到实验室的人,晚上都要工作到午夜以后。

郭万林的学生、江苏大学教授唐淳回忆说:“2006年,郭老师赴美国进行为期6个月的学术交流,当时我正在这所大学进行联合培养,他经常凌晨一两点还在工作,有一次工作到凌晨5点!”

这样的拼搏精神深深影响了每一位学生。有一次,郭万林到中国商飞公司考察交流,公司的领导介绍说,郭老师的学生喜欢在下了班以后钻研问题,经常在办公室加班到很晚,发现问题和解决问题的能力很强。听到公司领导对自己学生的敬业精神赞不绝口时,郭万林感到高兴的同时,却并不意外。

“知识固然重要,但他们还要拥有踏实肯干、敬业上进的品质才能在今后的人生中走得更高更远。”培养学生的品质精神,这就是郭万林作为一名师者的用心。

通讯员 王 伟 本报记者 杨频萍

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