钟万勰：计算力学里的“爱国大义”

 
 
钟万勰：计算力学里的“爱国大义”  
 

学人小传

钟万勰，工程力学与计算力学专家，中国计算力学发展的奠基人之一。1934年生于上海，1956年毕业于上海同济大学桥梁与隧道专业，同年分配到中国科学院力学研究所工作。1962年调入大连工学院（现大连理工大学），工作至今。1993年当选中国科学院院士。曾任中国科学院技术科学部副主任、中国力学学会副理事长、教育部科技委员会委员、中国力学学会计算力学专业委员会首任主任委员，第一至第四届国际计算力学协会常务理事与执行理事。现为国际计算力学协会执委会荣誉委员，英国威尔士卡迪夫大学名誉教授。

钟万勰几十年来致力于工程力学与计算力学研究，对经典弹性力学结构力学分析有重大推进，创建“离散辛数学”方法；发明了精细积分法，计算结构力学与最优控制的模拟关系，参变量变分原理等，形成了钟万勰计算力学学术思想体系。他为我国建造首艘核潜艇制定了“潜艇耐压壳强度”的设计规范，曾主持完成多个重大结构工程计算分析项目，“群论在结构分析中的应用”等应用力学结构分析计算理论，在改革开放初期，为解决国家重大工程关键问题作出重要贡献。研制出大量具有先进水平的结构分析集成程序软件，至今广泛服务于社会经济各领域，取得显著经济效益。其研究成果1991年、2010年两次荣获国家自然科学二等奖。2011年获ICCES终身成就奖。1998获国际计算力学协会FELLOW奖，2001年获何梁何利科学与技术进步奖和“全国模范教师”称号，已发表论文300余篇，出版《计算结构力学与最优控制》《弹性力学求解新体系》《参变量变分原理及其在工程中的应用》等中英文专著。

2020年5月23日，见到钟万勰院士时，这位86岁高龄的老人正在忙着著书立说，他的《辛数学及其工程应用》被征订为航空宇航科学与技术教材出版工程规划“十三五”教材项目。对于人才培养，钟万勰向来格外重视，要不是疫情耽搁，他还会一如既往地坚持给学生上课。

首 创

“离散辛数学”是钟万勰对世界计算力学的贡献，更是中国计算力学跻身世界的“国之重器”。它打破了由数学大师圣维南提出、由力学大师铁木辛柯总结出来的弹性力学“半逆法”，即圣维南问题“凑合法”的传统束缚，建立了高效、精准、便捷的计算力学结构分析体系。这一结构分析计算系统广泛适用于土木建筑、航空航天、电子通信、高铁、海上采油、核电开发、机械制造、交通运输等众多领域，均取得显著的经济效益。

更令人钦佩的是，1996年，钟万勰带着他的“离散辛数学”去斯坦福大学力学所讲学。斯坦福大学是铁木辛柯的“老窝”，里面的弟子都是权威人物。报告会上，钟万勰刚讲几句话，就有人举手提出质疑，但报告结束时，底下反而没有人疑问，他们纷纷表示：“弹性力学还可以这样改进！”之后，就是一阵经久不息的热烈掌声。

“外国人在这个领域做了这么多年的庄，我们中国人也该占有一席之地了！”钟万勰骄傲地说。

为什么钟万勰的“离散辛数学”能令众多世界计算力学大咖如此钦佩？能有如此神奇之应用功效？

首先，钟万勰吸收了盛行百余年的世界经典力学哈密尔顿体系，深刻解析了德国大数学家赫尔曼·韦尔1939年针对力学分析提出的辛数学概念。在此基础上，他创立了“离散”有限元变分的结构力学分析方式，形成了代数求解的“离散辛几何”方法。而哈密尔顿体系是用复杂的微分辛几何进行差分求解，其理论艰涩难懂，极其不适宜实践应用。

其次，“离散辛数学”是钟万勰近40年奋斗的心血结晶。在此期间，他创立了独树一帜的计算力学理论：“群论在结构力学中的应用”“极限分析中新上、下限定理”“参变量变分原理”“精细积分法”等。“离散辛数学”的诞生，标志着钟万勰学术思想体系的形成。

最后，通过“离散辛数学”，钟万勰建立了结构力学与最优控制之间的模拟关系。这一关节点的打通，实现了结构力学和动力学分析相互贯通，力学各学科之间的交叉和融合，纠正了国际计算力学界一直认为的“动力学能量与差分‘保辛’相矛盾”，即“保辛”则不能能量守恒、能量守恒就不能“保辛”的错误认识，为动力学控制理论发展作出重要贡献。