范燕燕

物體間是怎樣相互作用的？小鳥是怎樣飛上天空的……人類似乎從誕生開始就沒有停止過(guò)對(duì)于這個(gè)世界的追索。從對(duì)物質(zhì)起源的探索到各種發(fā)明的誕生，那些天馬行空的想象似乎都在慢慢成為現(xiàn)實(shí)。思想好比火星，一顆火星會(huì)點(diǎn)燃另一顆火星，而科研工作者就是把這些火星匯聚成光的人。

“我要把人生變成科學(xué)的夢(mèng)，然后再把夢(mèng)變成現(xiàn)實(shí)?！闭缇永锓蛉怂侣兜男穆?，北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院的孫玉鑫副教授在科研的世界里一直在探索，前行……作為一名女科學(xué)家，她用女性的細(xì)膩攻克著一個(gè)個(gè)科研難題，從未想要放棄。沉浸于“固體力學(xué)”之美

學(xué)問(wèn)必須合乎自己的興趣，方才可以得益。其實(shí)，從高中開始，孫玉鑫就對(duì)物理、數(shù)學(xué)等理科類的學(xué)科有著濃厚的興趣。所以，在考大學(xué)報(bào)專業(yè)的時(shí)候也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)剡x擇了自己比較熟悉的力學(xué)方向，從本科到博士，她在“流體力學(xué)”和“固體力學(xué)”兩個(gè)方面都進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，最終明確了“固體力學(xué)”這一研究方向。也許多數(shù)人認(rèn)為從事像“固體力學(xué)”這樣理科類的研究很枯燥乏味，但對(duì)于孫玉鑫來(lái)說(shuō)，固體力學(xué)之美就在于它能把完美和諧的數(shù)學(xué)知識(shí)變成為社會(huì)服務(wù)的生產(chǎn)力，它的美是內(nèi)斂的、無(wú)形的，是值得深入挖掘研究的，抱著這樣的想法從事科研，哪怕再苦再難，她都樂(lè)在其中。

近年來(lái)，她和團(tuán)隊(duì)所致力的“疊層復(fù)合材料微諧振器”的熱彈性耦合問(wèn)題和瞬間熱沖擊問(wèn)題的研究就將“固體力學(xué)”的理論和實(shí)用之美發(fā)揮得淋漓盡致。

眾所周知，微觀諧振器廣泛應(yīng)用于各種傳感器、調(diào)節(jié)器、通訊設(shè)備和微觀機(jī)械測(cè)試設(shè)備中，具有靈敏度高、反應(yīng)快的特點(diǎn)，是微機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成單元。但是就目前的情況而言，微諧振器的性能還有很大的提升空間。而想要改變這一切，充分研究熱彈性耦合的影響對(duì)于微諧振器的設(shè)計(jì)和制作是基本而必要的?；谶@個(gè)方面，孫玉鑫和她的團(tuán)隊(duì)成員一起做了許多深入的探索與研究。

科研是一個(gè)不斷探索不斷發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程對(duì)于孫玉鑫來(lái)說(shuō)是美妙的。目前關(guān)于微諧振器的熱彈性耦合問(wèn)題的研究大多考慮單一材料制成的諧振器。但是，在微機(jī)電系統(tǒng)中也大量使用疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的諧振器和有納米金屬薄層覆蓋的諧振器，因此，擴(kuò)大對(duì)微觀諧振器的分析范圍也是很有必要的。而想要對(duì)微觀諧振器進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究，必要的激光技術(shù)輔助起了很大的作用。而孫玉鑫及其團(tuán)隊(duì)伙伴所研究的“疊層復(fù)合材料微諧振器的瞬間熱沖擊問(wèn)題”就是將研究的目標(biāo)聚焦在超短激光脈沖作用下兩種典型疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱彈性耦合行為與特性上，獲得了一系列具有創(chuàng)新性的成果。

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”這就話用在孫玉鑫身上，最合適不過(guò)了。在對(duì)多層微諧振器的短脈沖激光熱沖擊問(wèn)題的探索中，孫玉鑫和她的伙伴們擴(kuò)展研究了三種即微米梁結(jié)構(gòu)、圓柱形結(jié)構(gòu)、圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的疊層諧振器。尤其是在對(duì)梁形諧振器的研究中，孫玉鑫和她的伙伴們同時(shí)考慮了沿厚度和長(zhǎng)度方向的熱量傳播，并采用二維熱傳導(dǎo)模型，來(lái)更好的揭示尺寸效應(yīng)的影響。這對(duì)于先前的研究來(lái)說(shuō)，可以稱得上是一個(gè)很大的突破。

隨著探索越加深入，孫玉鑫繼續(xù)攀爬科研高峰的愿望越是強(qiáng)烈。在含有納米覆蓋層的微梁諧振器的短脈沖激光熱沖擊問(wèn)題中，她和她的團(tuán)隊(duì)成員們將分子動(dòng)力學(xué)模擬與有限元法相結(jié)合了起來(lái)，在合理考慮金屬薄膜超快熱沖擊物理機(jī)制的前提下，模擬金屬與非金屬構(gòu)成的疊層微諧振器的短脈沖激光加熱問(wèn)題，從而為多材料組分的疊層復(fù)合材料的熱彈性耦合問(wèn)題的研究提供了一種有效的數(shù)值分析工具。在2010年，這個(gè)項(xiàng)目也成功申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目。借助這一項(xiàng)目，孫玉鑫及其團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域的探索得到了延伸和拓展。

對(duì)于孫玉鑫來(lái)說(shuō)，科學(xué)研究就像是一趟神奇之旅，能把枯燥乏味的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯衿娴哪芰?。在這條奇妙的探索之路上前行著，她感到無(wú)比自豪。

用科研為飛機(jī)安全護(hù)航

作為一名科研人，孫玉鑫孜孜不倦、努力前行。同時(shí)，作為一名北航人，孫玉鑫和她的同事們始終秉持著一種情懷：要用精湛的專業(yè)知識(shí)為我國(guó)的航空航天事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

眾所周知，21世紀(jì)以來(lái)，飛機(jī)逐漸成為了人們出行的交通工具首選。不管是飛躍南北，還是步入遙遠(yuǎn)的異國(guó)他鄉(xiāng)，它總是能在最短的時(shí)間內(nèi)給與我們最大的便利。但是，我們?cè)谙硎苤w機(jī)帶來(lái)的快捷的同時(shí)，也不得不警醒飛機(jī)所帶來(lái)的各種事故傷害。盡管根據(jù)一次次的全球統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)的事故率相對(duì)來(lái)說(shuō)的確是最低的，但一旦你上了一架要出事的飛機(jī)，生還的可能性往往近乎于零，MH370就是一個(gè)血淋淋的事實(shí)。

據(jù)悉，大約有35%的事故發(fā)生在飛機(jī)起飛階段，將近60%的事故發(fā)生在降落階段。原因就在起飛和降落這兩個(gè)過(guò)程跟平飛相比，故障發(fā)生時(shí)留給駕駛員的判斷時(shí)間極短，高度極低，各種氣象或地理的不利因素也集中在這兩個(gè)階段并對(duì)飛機(jī)的影響比較明顯，各種因素綜合在一起也容易干擾飛行員的判斷。

這一問(wèn)題，引起了孫玉鑫的強(qiáng)烈關(guān)注，一種強(qiáng)烈的責(zé)任感迫使她要為此做些什么。于是，在她和團(tuán)隊(duì)的研究中就對(duì)飛機(jī)降落時(shí)的跑道攔阻系統(tǒng)的相關(guān)材料進(jìn)行了有效的改進(jìn)。目前，國(guó)際航空所通用的材料是一種泡沫混凝土。它的特性是比較柔軟，飛機(jī)在滑翔的過(guò)程中就像跑在了泥漿里，很容易就會(huì)把這種材料壓壞從而產(chǎn)生阻力使飛機(jī)安全停止下來(lái)。但是這種材料在飛機(jī)的降落過(guò)程中很容易激起很大的灰塵，而灰塵如果跑到飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)里，就會(huì)進(jìn)而產(chǎn)生一些其它的危險(xiǎn)，所以尋找到一種安全可靠的飛機(jī)跑道材料對(duì)飛機(jī)的安全降落是很有必要的。

在孫玉鑫和她團(tuán)隊(duì)成員的研究中就提出了一種泡沫蜂窩材料，這種材料結(jié)構(gòu)在破碎的時(shí)候不會(huì)粉粹成灰塵，所以就避免了對(duì)飛機(jī)的二次污染和破壞。確定材料之后，孫玉鑫和自己的團(tuán)隊(duì)成員共同協(xié)作研究了蜂窩材料的能量吸收機(jī)制，并建立了機(jī)輪一蜂窩材料耦合作用力學(xué)模型。同時(shí)針對(duì)飛機(jī)多剛體動(dòng)力學(xué)模型的五個(gè)自由度，把兩者成功結(jié)合，通過(guò)MATLAB編程，完成了對(duì)B737-900ER飛機(jī)的攔停仿真計(jì)算。證實(shí)了與傳統(tǒng)攔阻系統(tǒng)相比，蜂窩材料攔阻性能顯得更優(yōu)越。在保證乘客安全和飛機(jī)結(jié)構(gòu)不受損傷的承載范圍內(nèi)，攔停距離更短，攔停時(shí)間更短。

科研的道路永遠(yuǎn)都是無(wú)止境的。為了攔阻不同大小和重量的飛機(jī)，他們又進(jìn)一步提出了一種高分子聚合物材料來(lái)作為一種新的飛機(jī)跑道攔阻材料。孫玉鑫和她的伙伴們通過(guò)對(duì)EMAS結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，令其鋪墊的飛機(jī)跑道的厚度線性增加，并分析了初始高度，傾斜角，材料強(qiáng)度等幾種參數(shù)的影響。然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得特定的升阻比和最小的貫穿深度。相信研究完成后必定會(huì)對(duì)未來(lái)飛機(jī)跑道的安全性做出巨大的貢獻(xiàn)。

除此之外，為了提高飛機(jī)等交通工具的安全防護(hù)，孫玉鑫和其團(tuán)隊(duì)提出了“對(duì)仿生自適應(yīng)多級(jí)能量吸收裝置的理論及應(yīng)用的研究”。在研究中，他們提出了貓科動(dòng)物高空跳躍抗沖撞的肢體理論模型，并著手研究了骨骼一肌肉構(gòu)造與抗沖擊能力之間的關(guān)系，以此來(lái)揭示高效緩沖的機(jī)理，發(fā)展具有優(yōu)異抗沖撞特性的仿生學(xué)元件?？梢钥隙ǖ氖?，此項(xiàng)研究為探索具有仿生特性的緩沖吸能高效新概念著陸器，為未來(lái)飛行器耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)成功奠定了基礎(chǔ)。研究成果出來(lái)之后，不僅可應(yīng)用于飛行器、汽車、高速火車等交通工具的能量吸收裝置，還可用作軍事工程和土木工程、核反應(yīng)堆、石油鉆井平臺(tái)等的抗震防爆設(shè)施，避免或減輕因突發(fā)災(zāi)害和偶然事故所導(dǎo)致的災(zāi)難性后果。

科研的意義是什么？也許每個(gè)人對(duì)它的理解都不同。有些人認(rèn)為它枯燥乏味，但是有些人卻沉醉于它的簡(jiǎn)單純粹。對(duì)于孫玉鑫來(lái)說(shuō)，做科研需要無(wú)限的熱情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和持之以恒的精神，因?yàn)檫@是她無(wú)悔的選擇，更是她值得傾注于一生的事業(yè)。