天南地北宜兴人:高山之巅望蓝天——记国际著名疲劳断裂专家吴学仁

【引  言】

曾记得,当年国庆阅兵、珠海航展中,多少国人在兴奋与自豪中,对着划过长空而去的战斗机、大型预警机,发出阵阵赞叹。这些“中国雄鹰”的研制幕后,有着无数科技工作者为之呕心沥血的身影,其中就有国际著名疲劳断裂专家——宜兴人吴学仁。

未敢忘忧国:从命运的低谷起飞

吴学仁一辈子的事业在蓝天上。可是他职业生涯的起点,却是在铁路小站上,伴随他的是艰辛困苦的环境。然而这就是他,永不停步,敢于在命运的低谷起飞,直冲蓝天。

吴学仁出生在宜兴新庄的一个农户家庭,1969年毕业于天津大学。正当他踌躇满志的时候,命运跟年轻的学子开了一个残酷的玩笑,“文革”开始了,他被分配到东北边陲小兴安岭大山深处的一个铁路小站,成为一名养路工。

那时,吴学仁每天的工作是修路基、填碎石、换枕木、拨铁轨。冬日冒着零下二三十摄氏度的严寒,用洋镐刨坚硬如铁的冻土,沿铁道走一二十公里路“巡道”。1972年,他被分配到牡丹江铁路机修厂,成为一名钳工。

即使是小兴安岭的刺骨寒冷,也无法冷却他献身祖国科学事业的一腔热血。每天工作之余,吴学仁都要抽出时间来复习专业知识和英语。8年之中少有间断。

一些铁路单位从国外引进了先进设备,但是英文说明书却成了设备使用的“拦路虎”,为此几经辗转找到了吴学仁。晚上他就在灯下对着英语字典翻译——没有报酬,却还有被戴上“白专道路”帽子的风险。

科学的春天终于来临了。1978年春夏之交,他参加了“文革”后的首届研究生考试,那年秋天,刚刚被天津大学录取为研究生的吴学仁,又迎来了一次新的机会——他成功通过国家英语统考,成为“文革”后国家公派的首批留学生,于次年9月前往瑞典皇家理工学院航空系攻读博士学位。

在瑞典皇家理工学院的最初几个月中,吴学仁面临着颇为尴尬的境遇——只因为他来自刚刚结束了“文革”的中国。院方认为,中国的大学生在“文革”期间没有学完正规的大学课程,因此不同意他马上注册为研究生,吴学仁必须经过两门课程考试,才能获取博士研究生的资格。

但中国学生的聪明勤奋出乎院方意料。3个月后,吴学仁在皇家理工学院完成了两门专业基础课考试。1979年圣诞节前的一个早晨,他在办公桌上发现了一张纸条,上面写着:“亲爱的学仁,你考得非常出色,我祝贺你。”写这句话的,便是他的导师卡尔松教授(后来相继担任瑞典皇家理工学院院长和瑞典皇家科学院院长)。随后,他才获准博士研究生注册,主攻断裂力学。1983年冬,他顺利获得瑞典皇家理工学院博士学位。

1983年,时任北京航空材料研究所(北京航空材料研究院前身)总工程师颜鸣皋教授在瑞典出席国际会议时,热诚邀请吴学仁毕业后到该所工作。1985年春,他毅然谢绝了导师的挽留,回国加入北京航空材料研究所。从那时起,吴学仁为振兴祖国航空事业奉献出了一串光彩夺目的研究成果。

“魔术”般神奇:权函数法的国际贡献

上世纪80年代,随着对航空器飞行安全性要求的不断提升,飞机结构损伤容限设计成为国内外航空界的关键技术之一。而吴学仁在瑞典主攻的断裂力学,则是损伤容限技术的理论基础。

吴学仁一回国,就投入了国内刚起步的《飞机结构耐久性和损伤容限设计手册》的研究编写工作。他以坚实的断裂力学理论功底,主持了该手册中有关裂纹体分析和寿命估算的关键技术研究,取得重要成果。

吴学仁在断裂力学领域的研究工作在国内外具有重要影响。他提出并发展了计算裂纹应力强度因子等关键参量的通用高效高精度的权函数封闭解法,极大地提高了计算效率。他与导师卡尔松合作,在英国出版了国际第一部关于断裂力学权函数法与应力强度因子解的专著,得到了包括哈佛大学、加州大学、美国国家航空航天局等诸多国际权威学者的高度评价,英美同行称之为“吴-卡尔松方法”。该专著成为国际上该研究方向的一本经典著作。他的这项研究成果在国内被应用于歼十等先进飞机结构的损伤容限设计,在国外被美、英、德等多个先进国家广泛应用于航空航天、新材料和能源工业等诸多领域的裂纹问题求解。1992年,西方一个先进国家的飞机公司的专家还特意向我国某飞机设计所推荐,在飞机结构的损伤容限设计中采用吴学仁的权函数法。

吴学仁与美国国家航空航天局NASA高级科学家纽曼的中美第一项航空科研合作——航空材料的小裂纹行为研究和疲劳寿命预测,是他的另一项具有国际影响的重要研究成果。

1985年5月,在中国航空研究院与美国国家航空航天局NASA在北京举行的首次中美航空结构分析研讨会上,吴学仁被NASA选为中美第一个航空科技合作项目的合作对象,研究航空航天高强度铝合金的小裂纹行为与疲劳寿命预测技术。

吴学仁和他指导的博士生赵伟,在二维权函数法的基础上,建立了高效高精度的三维裂纹权函数法。用此方法,他们在当时的PC286微机上只要计算3分钟(甚至只要10多秒钟),就解决了美国NASA用巨型计算机20分钟才能解决的问题,还纠正了当时国际断裂力学界著名专家NASA兰利研究中心纽曼博士的大自由度有限元三维裂纹应力强度因子方程。

国际独尊的美国NASA兰利研究中心对吴学仁的权函数法深表钦佩,称之为如“魔术”一般。纽曼博士把吴学仁的方法比作“长长隧道尽头的一盏灯”。特别是在中方的计算结果发现了已被国际断裂界广泛采用多年的纽曼-兰优的有限元解的缺陷后,他诙谐地对吴学仁开玩笑说:“你几乎使我丢了饭碗!”更为感人的是,20年后的2007年3月,吴学仁意外收到纽曼博士的来信。他在信中祝贺双方合作20周年,并深情地写道“这个合作是我一生中的精彩闪光点之一,我经常以非常愉快的心情回忆起这件往事”。

2000年5月,吴学仁和纽曼因该研究成果,在法国荣获国际材料研究学会联盟IUMRS首届索米亚国际合作奖。而该奖项获奖条件之一是:“研究成果必须居国际最高水平并得到业内公认”。

吴学仁的“魔术”不但让美国国家航空航天局折服,还使美国波音飞机公司的专家们刮目相看。那是1987年,吴学仁到美国参加一个国际会议顺访波音公司。波音专家向他介绍公司的飞机损伤容限设计手册,他对其中一些曲线提出了质疑。两年后,他应邀再度访问时,波音公司著名损伤容限专家戈朗森博士向他出示修改后的手册,并说:“你的质疑使我们花了很多精力和经费。但为了飞机的安全,这一切都是非常值得的。我们感谢你。”

胡本润、陈勃、王利发、童第华……他的学生们提到恩师吴学仁,都会用到“严谨”两字。

当年,他和他指导的博士研究生赵伟,敢于挑战纽曼的权威,就是“严谨”给他的底气。

更为神奇的是,在那么多年的科研过程中,他、他的团队、他指导的学生,研究过程中有过瓶颈、难关,但是从来没有走不通的死胡同,也是严谨给他的底气。

他担任北京航空材料研究院总工程师长达15个年头。在我国先进飞机和航空发动机等多个重点型号所需的航空材料研制与应用中,以及近年来在国家重大科技专项大型飞机的材料研制专家组工作中,他始终是以超乎常人的勤奋认真和严谨,取得了一个又一个的成功。

剑胆琴心:“骨灰级”登山队员的旷达情怀

吴学仁在家乡只待过18年,对他来说,故乡永远是萦绕他心头的一个梦。

百忙之中,他总是关注着家乡的新闻,关心着家乡的发展。

曾经他和妹妹有这样的通话:“宜兴中学(指省宜中)是不是搬家了?”

“啊,我正要和你说呢,你怎么都知道啦?”

除了清明回家扫墓,近几年作为上海交大的兼职教授,他还经常在给研究生授课和论文指导之余,抽空回宜兴,回新庄看看久别的妹妹和亲友,去大觉寺走走,爬爬竹海,最重要的还是看看家乡的发展变化。前几次回家,他还特意跟着妹妹和妹夫绕东氿新城转了好几圈……宜兴的变化真大!

家乡的旧影新貌就这样深深地镌刻在他的记忆里……

他的那张大办公桌上,有一把不知道被摩挲过多少回,而泛着细腻光泽的紫砂壶,桌上的茶叶罐也有“宜兴”两个字。一把紫砂壶、一捧阳羡茶,几十年伴随着他,故土家园从来都在温暖着他。

他会跟人自豪地说:“我的家乡宜兴山清水秀、人杰地灵,我的一切离不开年幼时家乡的影响和熏陶。”

对家乡的浓浓深情,折射着吴学仁温润的内心世界。他就是这样一个剑胆与琴心并具,风骨与魅力并具的人。他喜爱写诗、爱摄影,会唱京剧,但他最爱的则是登山和徒步。

曾经,连绵不绝的小兴安岭大山深处的边陲铁路小站,没有困住他的脚步;曾经,位于香山北麓的北京航空材料研究院,成为他事业的新起点和献身国防的舞台。

而现在,作为北京航空材料研究院登山队的“骨灰级”队员,他几乎每个周末,都会相约去近在咫尺的北京西山徒步。如果有机会,也会离开北京城区,天南地北地去攀登高山。

他曾徒步20余公里,谈笑间轻松穿越司马台-金山岭长城;

海拔2882米的小五台山,是河北省最高峰,吴学仁和队友一日往返主峰,40多公里山路用了13个小时;

2010年,满头银发的吴学仁,在蜀山之王贡嘎山写下了《贡嘎山纪行》一段文字:“彩林醉金秋,重上海螺沟。艳阳当空照,雪水林间流。贡嘎现雄姿,冰瀑展银绸。温泉漫仙雾,白云空悠悠。”

吴学仁说,仁者乐山,所以他喜欢登山。也许更确切的说法是,他喜欢凭着自己的努力,一步步攀登高山,站在高山之巅拥抱蓝天,那里有他为之奋斗一生的“中国飞机”……

2006年10月19日,吴学仁在北京航空材料研究院向时任中央军委副主席曹刚川(前排左二)汇报航空材料科研工作。

【人物档案】

吴学仁,研究员,博士生导师,历任北京航空材料研究院主任工程师、研究室副主任、副总工程师、总工程师,现任该院高级顾问,中国航空工业集团公司资深首席技术专家,上海交通大学兼职教授。为我国航空材料和多个型号先进飞机和航空发动机研制做出重要贡献。1996年被人事部授予“国家有突出贡献的中青年专家”,2006年获“航空报国杰出贡献奖”,多次荣立一、二等功。

30多年来,发表中英文论著160余篇/册,被SCI引用800余次。任第七届国际疲劳大会主席、国际疲劳大会执委等职。获国家自然科学三等奖、国家科技进步特等奖、光华科技基金特等奖,国际材联IUMRS索米亚国际合作奖,以及部委级科技进步奖20项。

文章来源:宜兴日报

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