郭仲衡[科學家]

郭仲衡[科學家]

科學家郭仲衡曾就讀於清華大學,後在北大任職。套用數學和力學家,對理性力學發展起過重要的推動作用。他是國際上公認的對彈性理論有卓越貢獻的代表人之一。他在力學基礎,張量分析,套用力學,現代數學與力學的結合方面有一系列創見性的研究成果。

基本信息

基本資料

郭仲衡郭仲衡
1933年3月2日 出生於廣東廣州市。1915—1952年 清華大學航空學院學習。1953—1954年 波蘭華沙大學波蘭語言文學系學習。1954—1960年 波蘭華沙工業大學工業工程系畢業並獲碩士學位。
1960—1963年 波蘭科學院技術基礎問題研究所研究生並獲博士學位。
1963—1979年 任北京大學數學力學系教員。
1979—1993年 任北京大學數學系教授。
1979—1992年 任聯邦德國波鴻魯爾大學、美國霍普金斯大學、加拿大滑鐵盧大學等8所大學客座教授。
1988年 選為波蘭科學院外籍院士。
1991年 選為中國科學院學部委員(現改稱院士)。
1993年9月22日 在北京逝世

簡介

郭仲衡華沙大學
科學博士郭仲衡,1933年3月2日出生於廣州市。父親郭次平,曾是省港海員,業餘愛好書法和古文學。郭仲衡自幼受其薰陶,練就一手好字,曾在上海市中學生書法比賽中獲獎。他好沉思,愛推理,喜歡數學和物理。他的興趣不廣泛,但對感興趣的事物總是“打破砂鍋問到底”。他也喜歡外語,中華人民共和國成立時,他在廣州廣雅中學讀高二,開始自學俄語。中學畢業前夕,英語教師建議他報考外語系,但常在空中掠過的蘇聯噴氣式飛機使他興奮,毅然考入清華大學航空學院。在大學一年級,他又自學德語。1952年被選拔留蘇。在俄專跟著高班上俄語課,開始時感到吃力,但是幾周后他就名列前茅。1953年選拔赴波蘭留學,在華沙大學學波蘭語,選修數學、力學,在華沙工業大學畢業和獲碩士學位,繼在波蘭科學院獲博士學位。1960年獲波蘭華沙工業大學碩士學位。1963年獲波蘭科學院基礎技術問題研究所“最高表揚”的博士學位。1988年當選為波蘭科學院外籍院士。北京大學數學系教授。從事基礎力學套用力學、張量分析和數學力學等方面的研究。首創兩點張量抽象記法;在連續介質力學中率先使用Lie導數;得到非線性彈性動力學現存3個精確解中的2個;解決了3個本構基本量的正確定義及內蘊表達,所給出的伸縮張量率被稱為“郭氏速率定理”;建立了開閉口薄壁桿件的統一理論;提出了對場問題普適可用的“主軸內蘊法”,簡稱“π-方法”。1991年當選為中國科學院院士(學部委員)。

主要論著

郭仲衡北京夜景
1.郭仲衡:關於有限元法軸對稱問題的一點註記。計算數學
2.郭仲衡:彈性接觸問題有限元分析的“廣義子結構法”3.郭仲衡:積極開展理性力學的研究,力學與實踐4.郭仲衡:非線性彈性理論。北京:科學出版社,1980 

5.郭仲衡:張量(理論和套用),北京:科學出版社,1988
6.郭仲衡:張量運算的外代數方法,數學進展

提出應力率的正確定義

郭仲衡波蘭地圖
60年代初,國際力學界曾熱烈討論應力率的定義問題,一時眾說紛紜,莫衷一是。郭仲衡1960年在《套用力學》雜誌上發表的題為《非線性連續介質力學中張量場的時間導數》系統地分析了各種定義,並從物理角度提出,正確的定義應除去物理體點轉動引起的變化部分。國際學術界接受了這個看法。S·札賀爾斯基在《粘彈性流體力學》中認為,這篇論文“最終地弄清了問題”。這個問題是郭仲衡博士論文的中心內容。1960年2月21日,郭仲衡以流暢的波蘭語通過了論文答辯,並得到拉丁文字樣“SummacumLaude”的最高表揚。烏爾班諾夫斯基是一位學問淵博,品德高尚的良師益友,他把郭仲衡推上了學科的前沿,取得了豐碩成果。郭仲衡在波蘭渡過了充滿創造性和友誼的10年,結識了許多朋友。郭仲衡常說,波蘭是他的第二故鄉。告別時,後來升任波蘭高教部部長的S·卡里斯基教授依依不捨地說:“真希望您能留下!我們很喜歡您。”波蘭雖是第二故鄉,但郭仲衡沒有忘記祖國。郭仲衡於1963年7月懷著滿腔熱忱回到了祖國,8月到北京大學,期望在這所中國最高學府里有機會施展才華,乾一番事業。在參加兩次“四清”的空隙,郭仲衡主講了彈性力學和非線性彈性理論。當時國際學術界使用張量方法的尚屬少數,郭仲衡認為,張量的普及只是時間問題,應當讓學生儘早掌握這個工具。

講授非線性彈性固然非用張量不可,對彈性力學,郭仲衡也嘗試用笛氏張量記法。從來未受過這方面訓練的學生感到吃力,但學期結束時,克服了重重困難的學生終於嘗到了甜頭,他們說:“這種方法就是好!”學生的肯定是對教師的支持和鼓勵,增強了他在教學上沿這條路走下去的信心。但“文化大革命”使郭仲衡的想法成為泡影,只留下一本用張量書寫的非線性彈性講義。
“文化大革命”後,郭仲衡回到教學崗位。郭仲衡帶領工農兵學員下廠“開門辦學”。一向搞理論的郭仲衡憑他那股“問到底”的勁兒廢寢忘食地搞實際問題,邊學邊教邊實踐,也頗有成績。有一個實際問題要用到軸對稱有限元,由於軸上的奇性,一般認為單元剛度矩陣的“簡單近似有時優於準確積分”,準確公式是誤差大的根源。學生不理解這種說法,郭仲衡也接受不了。

郭仲衡利用春節期間機房空閒,追蹤一簡單例子計算的運行,終於發現該準確公式推導時假設三角單元無邊平行於對稱軸,有些項互相抵消了。當然,這公式不適用於有邊平行於軸的單元。可是,這種單元的存在經常是不可避免的。這個邏輯錯誤的糾正使軸對稱有限元擺脫了困境。
郭仲衡提出接觸問題的廣義子結構法,使計算量降至最低限度。有一工程部門要求計算一種有開口分支的閉口薄壁桿件。工程力學界一向認為,開口和閉口的薄壁桿件是兩種不同質的構件,相應地有兩種互不相容的理論。為了解決實際問題,郭仲衡建立了開閉口複合型薄壁桿件的統一理論,將原有兩種理論作為特殊情形包含在內,使薄壁桿件理論起了一個質的變化。 又有一個實際部門,為了估計壽命,要對實驗數據進行數值微分。郭仲衡發展了名為“切貝舍夫多項式局部擬合微分法”,使得計算精度高於當時“AD報告”報導的方法。以往,中國用“反靠”辦法加工凸輪靠模,兩次機械加工誤差的積累成為精度低的原因。郭仲衡提出一種直接計算凸輪靠模輪廓線坐標的方法,編制了程式,使得可以一次性地在坐標鏜床上直接加工靠模,從而精度提高數倍,改進了使用凸輪的機器(如內燃機)的性能。有同事說:“老郭乾什麼像什麼。”

正在起勁地聯繫實際的某一天,郭仲衡偶然在外文書店發現,書架上一批處理的《物理大全》中有郭仲衡還未見過的C·杜魯斯德爾和W·諾爾的《力學非線性理論》,書里竟引述了他在波蘭發表論文中的17篇。在彈性一章的開端還寫道:“我們這裡討論的某些部分歸功於……。”在腳註中按時間順序排列了包括郭仲衡在內的29位在非線性彈性有卓越貢獻的代表人物。

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