陳百屏

陳百屏

陳百屏(1913— ),固體力學家和教育家。在構架結構的矩陣分析方法和彈性結構力學的研究中作出了成績。

基本信息

人物簡介

陳百屏 陳百屏

陳百屏,出生於安徽省一個農民家庭。從少年時起,他就懷抱科學救國的宏願,刻苦求知,努力學習。1931年,他以優異的成績自高中畢業考入上海交通大學電機工程系。1935年畢業,取得工學士學位。

人物簡歷

1913年4月18日 生於安徽省廬江縣。

1931—1935年 上海交通大學電機工程系學習,獲工學士學位。

1935—1936年 中央大學機械特別研究班學習。

1937—1947年 先後任中央大學航空工程系助教、講師、副教授。

1947—1950年 先後就讀於美國史丹福大學、布朗大學套用教學系,獲布朗大學碩士、哲學博士學位。

1950—1952年 任大連工學院教授、套用數學系主任。

1952-1970年 任中國人民解放軍軍事工程學院(1966年改名哈爾濱工程學院)教授,數學、理論力學、飛機結構強度教研室主任。

1970年 任西北工業大學教授、博士生導師,並曾任飛機系副主任。

人物經歷

研究深造

陳百屏大學畢業時,正值日本帝國主義侵占我國東三省、熱河(1956年分別併入河北,遼寧兩省及內蒙古自治區)之際,目睹祖國山河破碎的悲慘情景,他義憤填膺,痛感要振興祖國,洗雪國恥,非得有發達的工業和強大的國防力量不可。出於“航空救國”的熱忱,他毅然進入南京中央大學(今南京大學)機械特別研究班深造。這個研究班實際上是航空工程研究班,是為了避開日軍耳目而稱為機械班的,後來它發展成為中央大學航空工程系。為爭取時間儘快出人才,研究班取消寒暑假,把兩年的課程集中在一年半內結束,學生於1936年底畢業。在此後的10年中,陳百屏一直在中央大學航空工程系執教,承擔套用力學、材料力學的教學工作,同時從事科學研究,撰寫科學論文。現代著名的固體力學家、生物力學家馮元楨,空氣動力學家沈申甫,當時都是中央大學航空工程系的學生,受過陳百屏的指教和薰陶。

赴美留學

1945年,抗日戰爭勝利後,陳百屏考取公費留學。但為了照顧母親和妹妹的生活,直至1947年初才去美國攻讀。他先在史丹福大學,後轉至布朗大學套用數學系,在著名力學家W.普拉格(Prager)和D.C.杜拉克(Drucker)指導下深造,於1950年獲得哲學博士學位。在名師指導下,陳百屏的博士論文在內容與方法上仍有他自己的特色。

取得博士學位後,當時許多師友挽留他在美國工作,但陳百屏決心回響中華人民共和國的召喚,衝破重重阻力回到了祖國。

報效祖國

1950年9月,陳百屏回到北京,並於國慶節被邀請登上天安門觀禮台觀禮。他看到祖國的建設事業猶如旭日初升,前程似錦,心情十分激動。觀禮後立即到大連工學院工作,任套用數學系主任,在那裡他很快就與青年教師和學生打成一片,共同研究業務、進修俄語,學習政治,氣氛和諧溫暖,人也好象變得年輕了。在大連期間,陳百屏為改革教育體制,編訂套用數學專業教育計畫,制訂具體課程的教學內容,為大連工學院套用數學系的創建和發展付出了心血。

1952年秋,因國防建設的需要,陳百屏調入中國人民解放軍軍事工程學院,參加了中國人民解放軍的行列。先後任學院的數學教研室、理論力學教研室、飛機結構強度教研室主任。在和許多老紅軍、老八路的接觸中,深感他們對革命事業的忠誠,大公無私,純樸可親。因此,在哈爾濱的近20年中,陳百屏心情舒暢,思想進步,認識到要建設好中國,必須依靠中國共產黨的領導。他不計較個人名利,服從工作需要,1960年,從基礎教研室調到專業教研室,被授予上校軍銜。1961年,他加入了中國共產黨。1964年被選為第三屆全國人民代表大會代表。此後,他積極回響黨的向科學進軍的號召,領導一批青年同志開展科學研究工作,並多次到外地研究所、工廠指導產品的設計和研製。同時,他親自擔任新課程的教學任務,親自編寫新課程教材。

投身教學

1970年7月以後,陳百屏在西北工業大學擔任教學、科研工作,並一度擔任飛機系副主任。1980年,他參加航空工業部的代表團到美國參觀訪問,會見了美國科學院院士B.布揚斯基(Budianstey)、著名斷裂力學專家J.H.赫欽遜(Hutchenson)等許多新、老朋友,感到格外高興。同時,又一次親眼看到我國與已開發國家在建設、科研上的差距。回國後,他帶領一批學生和青年教師,先後開展結構的自對偶性質、廣義應變法方面的研究。通過這些課題的研究,既取得了成果,又為我國的航空工業培養了一批碩士和博士研究生。

此外,陳百屏歷任中國力學學會理事,航空工業部學位委員會、科技委員會委員,《力學學報》、《套用數學與力學》、《中國大百科全書·力學》編委等職。除任第三屆全國人民代表大會代表外,還先後被選為哈爾濱市和陝西省人民代表大會代表。

陳百屏一直從事高等教育事業。他認為即便是有名望的專家教授,也應承擔一定的基礎教學任務。他經常向大家介紹他的導師、舉世聞名的力學家普拉格教授,在承擔繁重的科研工作的同時,還擔負大學生的投影幾何課程的事例,以勉勵青年教師做好教學工作。他自己多年來一直承擔高等數學、理論力學和彈性力學課程的教學任務。他備課細緻認真,工作任勞任怨,是最受學生歡迎的教師之一。

在教學方法上,陳百屏主張深入淺出,在講解問題的物理本質上精益求精。有一些國外通用教材中的提法和寫法不夠恰當,或數學推導過於繁瑣,掩蓋了問題的物理本質,經他改寫,就變得準確且簡明易懂了。

科學成就

構架結構矩陣分析方法

在本世紀初直至中葉,桁架、剛架等構架結構是橋樑、高屋建築,乃至飛機機體等眾多工程結構中最常採用的一種構造型式。如何有效地計算桁架、剛架在受到外載荷時產生的內力和變形是非常重要的問題,特別是桁架,由於它的構造和受力比較簡單,更引起許多工程技術人員的興趣,並發展出許多種分析方法,最常見的有節點法、截面法,虛位移法等。但這些方法都是以內力作為基本未知量,而且要想有效地使用這些已有的方法,就必須對每一個具體問題逐個地進行分析計算,因此,既缺乏一般性,效率也低。

1947年,陳百屏提出了一種被力學家、土木結構學家讚譽為與已有解法“截然不同”的新的桁架計算法。這是陳百屏對結構力學和矩陣理論經多年潛心鑽研獲得的成果。其主要特點是:桿件中的內力通過結點位移來表示;依據結點的平衡條件解出結點位移,然後由位移算出內力。以上的物理內容用矩陣統一表達和處理。

這種方法對桿件很多而結點數較少的桁架計算的優越性,在技術上是顯而易見的,只要一次算出逆矩陣,就可以算出許多具體結果。這種方法不只是在形式上把矩陣作為聯立方程式的一種縮寫工具,而且利用了矩陣的實質性內容。最有意義的是,這種方法把原來需要逐個個別處理的方法,規劃化為可以統一處理的格式。

此後,陳百屏又把上述方法作進一步發展,用於複雜結構。他的這一研究結果,為許多西方國家出版的教科書和專題論文所引用和推崇。它不但對結構力學中的矩陣力法、矩陣位移法的發展有重大影響,而且對有限元方法的形成也起到推動作用。

創立與發展廣義應變法

從70年代起,彈性結構分析已是一門成熟的科學,以有限元法為主體的計算方法也在國內外被普遍套用。陳百屏認為,當前有限元方法有了很大的發展,在彈性結構的分析上是求快,快是主要矛盾。但達到快之後,就需要在理論上總結提高,精益求精,否則快而不精,終究還要被淘汰。這就是說,對於彈性結構分析,不但要求快速而實用性強的計算方法,還應有統一的、掌握彈性結構根本性的精密理論和方法。這是他發展廣義應變法的思想基礎。

廣義應變法是陳百屏從60年代起,經過20年代乃至80年代的潛心鑽研和不懈努力,逐步發展、定型的。在廣義應變法理論中,他認為彈性體的外觀雖然各有區別,例如桁架與梁,它們各不相同,但都從屬於一定的普遍屬性。其中很普遍的一類,為自對偶結構。這是廣義應變法的研究對象。自對偶結構的狀態,可以用4個廣義向量來規定。其中包括廣義應變向量,它的元素可以是普通的應變,也可以是位移和其他規定物體變形的量。自對偶彈性體的根本特性,是相應的矩陣方程的自對偶性質。這表現了彈性結構的客觀存在的內在規律性。自對偶結構的求解,使用廣義應變為基本未知量的廣義應變法,也可以用廣義應力法或直接剛度法。因此,可稱廣義應變法理論為三合一理論。陳百屏還同青年教師和研究生一起,把廣義應變法套用於彈性結構的最輕解問題的研究,徹底解決了基本桁架結構的最輕解的存在、求解和特性問題。 

在中國科學院基金的支持下,陳百屏就廣義應變法寫了《彈性結構力學中的自對偶性質》、《關於彈性結構的最輕解的內部規律性》等論文,並在此基礎上,編寫了《應變法》叢書。他的研究工作,先後獲得航空工業部和陝西省的科技成果獎。

教學成果

陳百屏對待學生熱情,沒有教授架子。他的嚴謹求實、善於創新的治學風格,專心致志、忘我工作的精神風貌,以及對學生和藹可親、言傳身教的高尚品德,對學生和青年教師產生了深遠的影響。他為祖國培養了第一批航空院校的固體力學碩士和博士研究生。在他所培養的學生和青年教師中,有許多已擔負著國家有關部門的重要技術領導職務,有的已是高等院校有關學科的博士研究生導師或專家。

主要論著

1 Chen Baiping.DyadiC analysis of space rigid framework.JOurnal Of Franklin Institute,1944(238):325—334.

2 Chen Baiping.Matrix analysis of pin-connected structures.Proceed-ings of ASCE,1947(73):1475-1482.

3 Chen Baiping.The equivalent loading method and the equivalent beam method.Quartely of Applied Mathematics,1949(7):183—200.

4 陳百屏.釘節構架的區格陣量分析.中國科學,1951(2):133—147.

5 陳百屏等.多層排架的矩陣分析.土木工程學報,1954(1):163184

6 陳百屏.特殊連輸問題的圖解.力學學報,1958(2):276—282.

7 陳百屏.環形梁塑性動力回響特性研究.套用數學與力學,1989.

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