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迎建党百年 讲院士故事|刘人怀院士:“最强大脑”,创造中国多个第一

2021-06-28   广州市科技创新协会   阅读量:1233

    院士简介

    刘人怀,中国力学家和管理学家。1963年毕业于兰州大学数学力学系。先后在兰州大学、中国科技大学、上海工业大学和暨南大学任教,1981年作为中国首批洪堡学者在西德鲁尔大学留学。1999年当选中国工程院机械与运载工程学部院士,2000年又当选中国工程院管理学部首批院士。刘人怀是我国板壳结构理论与应用研究开拓者之一,1965年与叶开沅共同创立适于求解非线性微分方程的修正迭代法,系统创造性研究了六类典型板壳,建立弯曲、稳定和振动的非线性理论,应用于航空航天、精密仪器仪表等工程设计。同时,创立实用厚板壳理论,在压力容器等工程中得到应用。先后参加我国东方红第一颗人造地球卫星、神舟飞船、航空母舰歼15舰载机等科研项目。

    寻医救同学,夜半山路智斗两狼

    1940年7月20日,四川成都市新都区新繁镇西街的一户人家迎来了一个新生儿,取名为刘人怀。

    用米汤养大的刘人怀,在战火和艰苦中读完了小学、中学。及至1958年,18岁的刘人怀即将从温江中学的“留苏预备班”毕业,如无意外,他将去苏联留学。

    刘人怀的祖父曾赴日留学,并加入同盟会。长辈们也一直支持这个当年差点拿去换米的孩子求学之心。

    然而,一天校长突然找他谈话,说他政审不过关,不能去留学。刘人怀的心顿时掉入冰窖,校长接下来的安慰话一句都没听进去,最后只记得自己还有机会保送国内大学。不料保送也行不通,只能走高考这条路,此时距开考仅剩几天时间。

    东隅已逝,桑榆非晚。匆匆参加高考的刘人怀,不负众望,被兰州大学录取。多年后他得知自己是全校新生高考成绩第一名,平均89.7分,却无缘北大清华而是去了“第七志愿”。耄耋之年的刘人怀曾开玩笑说当年多亏去了台湾的二哥,虽因他留学不成,但却“逼”出了一个科学家。

    行将去兰大报到时,适逢大雨,宝成铁路被冲断。数日后交通恢复,1958年9月1日,刘人怀挤上北上的火车,踏上未知的路途。

    熬了两天两夜,大多时间都只能靠站立的刘人怀中间经宝鸡转车,于9月3日下午抵达兰州火车站。之后,到了现在的兰大校区(盘旋路校区)。热情的学长体恤这个南方来的新生,给他打了一盆洗脸水。刘人怀惊倒了:“一盆黄泥水,怎么洗脸啊?”学长解释这是黄河水,放点明矾,沉淀一下就能洗了。

    当时省会城市兰州尚未通自来水,满街都是从黄河驮水的毛驴和水车。自幼长在天府之国的刘人怀,对接下来的学习生活感到莫名的担心。

    报到第二天,还没摸到书本就开始劳动。1958年,兰大刚从萃英门搬到盘旋路校区,很多基建设施还在修建中。刘人怀修了两天学校操场,又跟随大家去定西参加轰轰烈烈的“引洮工程”。

    新中国成立后,关于洮河水的开发利用,曾经掀起两次高潮。第一次于1958年开工,限于当时的技术水平和经济条件,被迫于1961年6月停建。1992年,甘肃再次提出建设引洮工程,2006年11月22日正式开工。历经半个世纪的“引洮”,2014年12月28日一期工程正式通水。

    刘人怀没想到,自己当年竟参与了这么大工程。1958年9月6日,兰大几百名师生聚集在兰州火车站等车,上山“引洮”。这时,突然几只狼从面前跑过,刘人怀着实吓了一跳。当时,误入人群的狼见况不妙,掉头跑掉了。

    忆起往事,刘人怀感慨“当时的生态环境就是那个样子”。在火车上,老师给新生们讲起防狼招术,“狼是豆腐腰、麻杆腿,怕火、怕绳子”。这些大招后来救了刘人怀的命。

    火车行至定西西边的马河镇车站,师生们下车,又步行十几公里,沿途不见村民。天黑大家停在一个山边休息,随便吃了点干粮。一年级新生被照顾住山边的庙里,女同学睡神龛上,男同学睡地上。副班长刘人怀和班长一起值守庙门口。

    半夜,一名兰州籍新生突发癫痫。当时学校的随行医生,驻点在十几公里外的小镇上。副班长兼安全委员的刘人怀见状说:“我去找医生。”

    山道崎岖,刘人怀拿着手电筒深一脚浅一脚地往山下小镇赶去。在成都平原长大的他,鲜少见山,只依稀记得白天走过的那条小道。

    路程过半,他突然看到四五米远外有两只狼,四只眼睛在夜晚格外地亮。一天两次遇狼,刘人怀“石化”了。危急中,他想起白天老师在火车上传授的防狼术,“狼怕火、怕绳子”,慌忙用手电筒直射狼眼,右手解开裤带,权当绳子甩着。人狼互盯,僵持了二三十分钟,最终狼离开了。刘人怀险些瘫坐在地,担心狼再回头,他跌跌撞撞往山下奔去。

    7年后,留校任教的刘人怀下乡搞社教,半夜村道上遇狼,他如法炮制,再次吓退了狼。事后,村民善意地安慰他“刘老师,大西北狼不吃好人啊”。

    随后,医生跟随刘人怀折返庙里,天已放亮。发病的新生命捡回来了。

    在工地劳动半个多月,师生们铲平了一座山头。这段经历,令刘人怀毕生难忘。此后开水泡大饼果腹,让南方人刘人怀也觉得香甜。

    研究“波纹圆板”,帘缝里偷看门外动静

    劳筋骨、饿体肤、斗饥狼,仅是18岁刘人怀人生试炼的开始。

    当时高考一些热门专业,刘人怀是没资格报的。一直喜欢文科的他,在老师劝说下选了数学专业。“向科学进军”的口号已深入国人之心,提出该口号的1956年是中国现代科学技术发展史上的一个重要纪年。刘人怀之所以选报这个专业,私心觉得数学也算是沾了科学的边。

    劳动读书,一晃两年。在西北的风沙中,刘人怀递交了入党申请书,并于入学翌年成为一名党员。跟他一起入党的还有班长陈广才。当时兰大正仿照清华大学推广学生辅导员制度,党小组组长刘人怀成了学校首批“学生政治辅导员”。

    1960年,兰大开设了力学专业,为全国第二批开设此专业的高校。在老师动员下,刘人怀等9人从数学专业转到力学专业(固体力学班)。几名政治过硬的同学进了大热的计算数学专业,其他人仍留在数学专业。

    时任兰大校长的江隆基是从北大“贬谪”到大西北,随他一起来的还有7员大将,著名固体力学家叶开沅是其中之一。中国首个力学专业开创于北大,创建人是校长周培源和叶开沅等5人。叶开沅师承钱伟长,而钱伟长则是现代力学奠基人冯·卡门的两个著名中国学生之一(另一个是钱学森)。叶开沅来到兰大,二话不说开始组建新专业。

    至今刘人怀还记得叶先生给他们讲授“板壳力学”时的情形。从数学转读非线性力学,刘人怀用勤奋弥补了差距,刻苦的样子深得叶开沅的喜爱。大学5年级(当时兰大本科学制为5年),叶开沅又带他们做板壳力学的实习和研究。

    1939年,在美国学习的钱学森与恩师冯·卡门联合署名,在《航空科学杂志》发表一篇具有划时代意义的论文——“外压力作用下球壳的屈曲”。

    刘人怀即将毕业,叶开沅就把这篇论文中没有完成的部分(“扁薄球壳体非线性稳定”),当作刘人怀的毕业论文。当时,让一个本科生来研究世界顶尖课题,师生均需莫大的勇气。

    1963年7月,刘人怀大学毕业,继续研究毕业论文,出色地完成了钱学森“划时代论文”未完成的部分。研究方法被叶开沅命名为“修正迭代法”。

    多年后,刘人怀感慨,幸遇名师,得课题,才有了自己在板壳非线性力学上的成就。

    毕业留校的刘人怀,做了叶开沅的助手,埋首于板壳研究。特殊年代搞科研的人不多,他凭一腔热情,偷偷跑去兰州的工厂调研找课题,兰化、兰炼……一个个地找,结果还真就找到了。

    1963年,兰州制造航空仪表的135厂,接到任务制造低空侦察机高度表,但苦无专业人才,无从下手。来找课题的刘人怀一看乐了,这不正是自己研究的方向嘛。23岁的刘人怀,当即毛遂自荐接下课题。135厂信疑参半,同意让他一试。

    刘人怀开心回校,向教研室汇报自己找到一个课题——研究可用于测量飞机飞行高度的波纹圆板(这是高度表的心脏元件,大气压随着高度增加不断降低,膜片也会发生变形。通过位移变化,就能算出飞机的飞行高度。),结果被批评“不务正业”。

    回到宿舍,刘人怀思忖再三,认为这是国家重点任务,又能促进自己的业务,应该去做。完成本职工作,忙完叶先生交待的事,他就躲在宿舍做自己拍胸脯接下来的课题。

    手上资料捉襟见肘,后来他时常利用带学生去北京实习的机会,扎进图书馆查资料。当时全国只有6台M3型计算机,中科院兰州分院分来一台,占了一层楼大,刘人怀曾参观过。不敢奢望用计算机,他只能人工推演。彼时世界仅有5人做过这方面的研究,分别来自美国、苏联和日本,但均未成功。而中国当时尚无人研究该领域。

    醉心“波纹圆板”期间,刘人怀还抽空发表了几篇影响终生的论文。1965年2月,24岁的刘人怀论文登上了中国顶尖杂志——《科学通报》。3篇关于扁球壳非线性力学问题的文章,分别发表于第二、三期,其中两篇和叶开沅联合署名,1篇是单独完成。

    而同期作者还有:“当今世界88位数学伟人”之一的华罗庚、中国妇产科主要开拓者、奠基人之一的林巧稚等。

    同年9月,刘人怀到定西下乡搞“社教”,“波纹圆板”研究工作暂时中断。一年后,他重返兰州家中得以继续。

    婚后,刘人怀一直跟当医生的爱人住在甘肃省中医院门诊部旁的家属院。平日一旦有空,他就躲在家中推演波纹圆板理论。当时这种行为被发现后果很严重,透过竹帘缝隙只要看到有人来,他就赶紧把手稿藏起来。刘人怀着魔似的一遍遍推演,用掉的草稿纸塞满了几麻袋。

    1968年4月,逐一梳理完世界各主流算法后,刘人怀用大脑终于算出了结果。与实验结果比较,误差不足1%,完全可供精密仪表设计使用。而彼时世界上其他团队的误差高达39%以上。

    特殊年代学术期刊全部停办,开心至极的刘人怀,只好把“心血”压箱底,等待能发表的那一天。没想一等就是10年。

    1978年1月,“文革”结束后,《力学》又改回原名《力学学报》,并在第一期刊登了刘人怀的“波纹圆板的特征关系式”。同年4月,已调离兰大去中科大任教的刘人怀,收到兰大转来的杂志,喜极而泣。

    当时,专家评价这项研究已达到国际先进水平,开创了力学的新领域。此后,研究成果被广泛应用于中国的航空航天、石油化工等工程领域。

    “最强大脑”,创造中国多个第一

    1969年,刘人怀下乡当农民回来,接着去兰州汽车修配厂当工人,继续锻炼。

    时任兰州石油化工机器厂二分厂技术科长、留苏回来的贾志杰(后任湖北省委书记),想建造中国首台生产航空煤油的铂重整装置反应器。多次试制无果,最后找到兰大。

    压力容器是板壳的组合体,兰大只有叶开沅和刘人怀研究该领域,而叶开沅彼时行动不自由。任务落在刘人怀头上。他求之不得,又能做科研了。

    毕业前,刘人怀连最基础的实验都没做过,也没学过制图。到兰石厂看不懂图纸,他就请求现场观看工人试做产品。后来得知,他们要为北京炼油厂、南京炼油厂、兰州炼油厂制造6台机器,总价值几千万元,一旦失败,损失巨大。

    现场观察良久,刘人怀发现问题出在压力容器椭球封头的中心开孔处。他没学过椭球壳弯曲理论,于是急急返校查资料。

    “文革”期间图书馆关闭,此次学校专门为他开馆。查阅几天资料找不到理论支持,刘人怀就自己创造一个理论。四五个月的夜以继日,“厚壁圆柱壳体理论”诞生,结果推演出来了。

    刘人怀兴冲冲地回厂里做实验,结果与理论一致。中国第一台生产航空煤油的装置成功造出,贾志杰高兴地对刘人怀说:“我这里题目多,希望你能留下来继续工作。”学校也爽快批准了:“工人阶级喜欢你,我们支持你继续留在那里。”

    1969年9月开始,刘人怀一直留在兰石厂。半天劳动,半天科研。其间他做了多个“第一产品”出来:中国第一台大型尿素合成塔、中国第一台最高压力的高压聚乙烯反应器(设计压力2300大气压)、中国第一台大开口加氢反应器、中国第一台高压固定式热交换器、中国最大炼油厂的减压塔……奇迹连连,就连军宣队的领导都说:“刘老师,你改造得好。”

    连升三级工资,成了中科大“明星”

    1978年中国迎来了科学的春天,科学技术成了“第一生产力”。如同刘人怀一样的科研工作者生活、工作终得以“归位”。

    刘人怀曾于1971年长了个肿瘤,年轻医生手术时误切断了其输尿管。之后,他一直受健康困扰,便萌生了回南方调养的念头。机缘巧合下,1978年3月他得以调到名校——中国科技大学。

    上班首日,刘人怀开心不起来。当时他作为人才被中科大近代力学系引进。报到后,系总支书记和他谈话,让他教基础课。

    10天后有转机,学校让他临时顶替一位副教授上课。讲完课大受欢迎,助教刘人怀从此正式成为中科大一员。

    同年12月,第五届全国仪器仪表弹性元件学术会议于上海召开。刘人怀因“波纹圆板”理论而受邀作报告。成了中科大“明星”的刘人怀,连升三级工资,这在当时很少见。

    1981年3月,作为中国8名专家代表之一,在联邦德国洪堡基金会的支持下,刘人怀开始在德国工作和生活,当时全国逾百人参选。刘人怀少时出国深造的梦想终于实现。

    出国后刘人怀的学术眼界大开,并在国际力学杂志上发表了论文,也得以“迈进国际板壳力学最高水平”。

    刘人怀健康恢复。首月体重增至70多公斤,“一月长了10多公斤,一天长一斤肉”。饱学2年后,他回到祖国。

    1986年初,已是教授的刘人怀应校长钱伟长之邀,到上海工业大学任副校长兼经済管理学院首任院长。1991年11月他从大上海来到广州,任暨南大学副校长、校长。从西北,至华东,再至华南,刘人怀始终活跃在科研一线,甘之若饴。

广东省科学技术协会党组书记郑庆顺看望刘人怀。

    “引领创新、热心科普、培养科研人才,他一直冲在前面。为别人考虑多,考虑自己少。科学家品质在他身上得以充分体现。”广东省科学技术协会党组书记郑庆顺如此评价刘人怀。

    一生跋山涉水,坎坷起伏,但刘人怀却活得有温度。他说自己一辈子都在创新,包括科学技术创新、管理上的创新,“但创新会遇到很多困难和挫折,要做好忍耐的准备”。

    雨后,暨大校园,荷叶田田,香远益清。79岁的刘人怀一如18岁斗狼一般,以少年赤子之勇正跨界垃圾分类中。

高光时刻

    国庆观礼

    1999年国庆50周年,10月1日我有幸参加了国庆观礼。再次感到国家的强大,中华民族的强大。有生之年见过如此盛大的场面 ,自己没白活。这些荣誉都是党和国家给的,我只有多做事、做好事,来回报。

    总统接见

    1982年7月,我在联邦德国工作生活时,被总统卡尔·卡斯滕斯接见。当时很自豪,深感中国国际地位提高了。作为一名科研工作者,走出国门看世界。百闻不如一见,看到发达国家是如何做科研的,了解他们的经济是如何发展的。

    我生在抗战时期,经历中国逐渐向好。当时我希望国家强大,也能步入发达国家行列。

    图文:南方日报

    编辑:广州市科技创新协会

刘人怀
中国工程院院士
板壳结构分析与应用、管理学专家