钱伟长为什么能-第3章

3.1 钱伟长1942年获得博士学位
先获硕士学位。钱伟长和林家翘、郭永怀来到加拿 大多伦多大学一年后，就都获得了硕士学位。然后 林家翘、郭永怀俩人赴美国深造，钱伟长留在加拿 大，继续师从辛格教授，攻读博士学位。 再获博士学位。经过一年的努力，钱伟长终于打通 了宏观和微观理论之间的关系，而且将薄板薄壳按 中面薄膜变形、曲率变化、和壳的曲率三种量相对 于厚度量级进行了理论方程的分类。他以“弹性板 壳的内禀理论”为题目通过了博士论文答辩，于 1942年获得博士学位。
钱伟长在《八十自述》中的回忆
“在1943年初，我在冯· 卡门教授指导下研究了薄壁 柱体的变扭问题。有一次晚上，我去他住处汇报工作 ，当我明确提出闭截面薄壁柱体不能用略去轴向应力 作用的假设，而应该认识截面变形很小，可以略去不 计而轴向应力和剪应力之间应该满足应力平衡方程时 ，他就说：这一物理认识很明确，你已经突破了时兴 的二次剪应力的束缚，你在这个问题的研究上，一定 能突破目前的困境，你先从物理角度看透问题的本质 ，你有很好的应用数学的训练。那时已经很晚，冯· 卡 门教授毫无倦色拿出两个杯和一瓶酒，和我一起一边 喝酒一边伏在地毯上一页页地审查讨论了那篇有关《 变扭角的扭转》的我们联合署名的论文。他越看越高 兴，最后他说，这是他一生所署名的弹性力学中最富 有经典味道的论文，一切解方程的过程，充分体现了 经典的应用数学的完美和简洁。”
帮助伦敦免遭德国导弹的袭击
丘吉尔赞赏。这一招很灵，伦敦因此得救了 几年后，丘吉尔在他的回忆录中谈及此事时 曾不胜感激地赞赏道：“美国青年真厉害。 ”可是，他和许多英国人直到至今也不知道 ，通过仔细研究德国导弹的射程和射点提出 对策的人，不是美国青年，而是钱伟长和林 家翘等几个中国青年。
3.4 钱伟长留学读博士为报国
3.5 钱伟长留学时期得到国际大师的培养
钱伟长在留学期间，到了加拿大的多伦多大学，师从 著名教授辛祺和爱因斯坦大弟子、著名教授英菲尔德 到了美国的加州理工大学，师从著名教授冯· 卡门读博 士后，在其身边工作，培养了西方文化所提倡的锐意 进取精神，锻炼了科研创新的能力。 辛祺教授：英国皇家学会会员、有名的应用数学家， 是钱伟长留学(专攻弹性力学)加拿大多伦多大学的指 导老师。 英菲尔德教授:爱因斯坦的大弟子，著名教授，撰写物 理学的演化、伽罗瓦的传记小说上帝所钟爱的等, 钱伟 长留学加拿大多伦多大学时的指导老师。 西尔多· 卡门教授: 匈牙利犹太人，被誉为航空航天 冯· 时代的科学奇才，钱伟长留学美国博士后的指导老师
博士论文结果得到国际上公认的原因
国际力学权威拜访。1980年，国际理性力学 权威A.C.Eringen访问中国，特意到清华大学 照澜院探访钱伟长先生，他说，当年他花了几 个月时间拜读钱伟长的板壳内禀理论的文章， 从而开始了在理性力学方面的开创性工作，他 把钱伟长认作自己的前辈。 研究生必读之材料。1982年5月，在中国合肥 举行的国际有限元研讨会上，主持会议的美国 著名有限元专家R.H.Gallagher教授在会上 还特别提到：“钱教授关于板壳统一内禀理论 的博士论文，曾经是美国应用力学研究生(包括 他本人在内)在四五十年代必读的文献，他的贡 献对以后的工作很有影响。”
3.2.1 钱伟长用微观方法来 研究板壳的内禀理论
独树一帜。钱伟长深感这种近似理论的不足之 处，于1939-1940年在昆明开始对这一问题 进行研究。在仔细阅读Love及辛祺教授的两 本专著的基础上，他经过反复思索，以三维微 元体作为出发点，引进三维应力，应变关系， 得到用应变分量表示平衡方程；首次应用张量 分析和微分几何为工具，得到了用板壳中面的 拉伸应变和曲率变化六个分量表示的全部方程 ，建立了薄板薄壳的内禀统一理论这是一种精 确的理论，避免了以往研究一些纯经验的假设 不谋而合和互相印证。钱伟长与导师辛祺教授 都在研究板壳的内禀理论，辛祺教授用的是宏 观方法，钱伟长用的是微观方法，却得出了同 样的结果。
探寻大师的轨迹--钱伟长为什么能？
钱伟长校长 和他的自强不息的精神
—自强学院钱伟长教育思想实践丛书
上海大学自强学院顾传青
钱伟长为什么能？
为中华民族立爱国主义的楷模 为高等学校立大学校长的榜样 为知识分子立自强不息的典范
钱伟长为什么能？
为什么能以双百分考入清华大学？ 为什么能在50天完成成名之作？ 为什么在事业如日中天的时候毅然回国？ 为什么被周恩来总理称为“三钱”之一？ 为什么在被错划为右派的26年能坚持工作？ 为什么年逾古稀被中央调任上海工大校长？ 为什么能把上海工业大学从一个原来只有3000名 学生的地方院校，发展为在校学生四万人的全国百 所重点建设的“211”著名高校之一的上海大学？
3.3 钱伟长在美国加州大学研究所工作出色
3.3.1 进入美国加州理工大学喷射推进研究所 成为冯· 卡门的博士后。由于做出了创造性的研 究工作1942年底，钱伟长参加美国数学学会 ，成为正式会员，并由辛祺教授推荐，进入美 国加州理工大学航空系。当时冯· 卡门教授是航 空系的系主任，又是该校哥根海姆实验室喷射 推进研究所所长。哥根海姆实验室是国际流体 力学研究中心。来到加州理工大学后，钱伟长 师从冯· 卡门教授作博士后。 中国才俊相聚。这时在冯· 卡门名下已有3位中 国学生，即钱学森、林家翘、郭永怀。四位青 年朝夕共处几年，以后又相继参加冯· 卡门教授 创办的喷射推进研究所，任研究工程师，从事 火箭、飞弹的设计试制工作
3.3.2 研究所的科研工作出色
人造卫星轨道计算有贡献。钱伟长在美国喷射推进研 究所主要从事弹道计算和各种不同类型飞弹的空气动 力学设计。他通过反复研究和计算，首次提出判明人 造卫星在天际运行的轨道由于能量消耗，每绕地球一 周将降低多少高度的简便计算方案，以及火箭弹道的 微分修正等在初期的人造卫星轨道计算上做出了贡献 高空气象火箭研究有成绩。钱伟长还完成了有关于火 箭的空气动力学设计、弹型设计、高空气象火箭研究 成为美国航空科学学会正式会员。1944年夏由于钱伟 长在航空研究上的成就，他成为美国航空科学学会正 式会员，并在美国得克萨斯州白沙试验场进行下土式 火箭发射实验和液体火箭发射实验。
抗日战争胜利。 研究所条件堪称世界一流。冯· 卡门教授领导的喷射推 进研究所具有世界上最好的工作条件：设备精良，能 从事各项研究；有广泛的国际联系，能及时汇集大量 有关信息；有第一流科学家组成的工作集体，能保持 超常高度的思维水平。对于当时的科研工作者来说， 这确实是很有吸引力的。 待遇非常优厚。由于钱伟长在美国研究的是火箭、导 弹技术，已经取得出色的成就而且待遇优厚，故有关 方面希望他能够留下来。但是，钱伟长弃文学理为报 国，留学读博士为报国，研究导弹火箭为报国，所以 ，他坚定地认为：历经苦难和战争创伤的祖国急需建 设，急需一流的人才培养建国的人才。钱伟长多次向 冯· 卡门教授提出了回国的要求。
3.2 博士论文中提出的方程被国际上称为 钱伟长方程
三次连载发表。钱伟长的博士学位论文于1944年在美 国《应用数学季刊》上分三次连载发表，并从此成为 有关薄板薄壳理论的经典文献。 弹性薄板薄壳内禀统 一理论，是钱伟长的成名之作。 3.2.1 钱伟长用微观方法来研究板壳的内禀理论 当时研究现状。在1940年以前，弹性板壳理论研究中 的各种近似处理方法相当混乱。国际上学者把薄板与 薄壳分开处理，而各种不同形状的薄壳的近似处理又 各自为政，总的看来，它们以板或壳的二维单元为基 础，以宏观内力素的平衡方程为出发点，再根据 Kirchhoff和Love的三项假设确定内力素和中面应变 的关系，从而求出用三个中面位移分量为特定量的三 个平衡方程。
3.2.2 博士论文结果得到国际上公认原因
影响巨大。弹性薄板薄壳内禀统一理论，是钱校长的 成名之作。钱伟长的博士论文发表后，立即受到学术 界的重视，荷兰力学家Rutten教授说：Synge和钱 的工作继承了19世纪早期 A.Cauchy和S．D． Poisson的工作，在西方文献中重新注入了新的生命 力。他指出：“板壳理论由于成功地采用了先验的 Kirchhoff-Love假设，人们已经长期没有研究板壳 的三维理论了……Synge和钱的工作是三维理论的基 本工作，仅用力学状态的内禀变量应力和应变，严格 地从三维理论中导出了任意形状的薄壳都适用的非线 性方程，这里在各向同性的假定下，把应力和应变分 量按厚度方向的坐标展开为Taylor级数。近似的二维 方程只有六个基本待定量，三个代表中面拉伸应变， 另外三个代表中面弯曲变形分量，这是Synge和钱的 工作最重要的特点。”这篇著名论文引发了20世纪五 六十年代不少有关三维板壳理论的工作，如著名学者 A．E．Green，E．Reissner,E.L．R时在加州理工大学的中国人有周 培源教授和钱伟长、钱学森、林家翘、郭永怀、傅承 义等人。大家朝夕相处，从世界大事、国事、学术、 音乐、艺术，无所不谈、无所不议，但是，怀念祖国 、怀念同学、怀念亲人，还是最主要的内容。 34岁回国。因冯· 卡门教授始终不点头让他回国，钱伟 长只得以思念不曾见过面的六岁孩子为理由，要求回 国探亲。导师勉强同意他回去看望妻儿，但一再嘱咐 他快点回来，这里工作岗位始终需要他。为了不引人 注意，1946年5月6日，钱伟长只带了简单的行李和 几本必要的书籍，从洛杉矶乘船回到阔别多年的祖国 当时他才34岁。
3.3.4 钱伟长等中国学子以自己的研究 帮助伦敦免遭德国导弹的袭击
丘吉尔向美国求援。钱伟长和林家翘、钱学森、郭永 怀被冯· 卡门看重，成为世界火箭、宇航工程的开拓者 。同时，他们以自己的研究，在第二次世界大战中做 出了贡献。第二次世界大战中法西斯德国野蛮轰炸英 国，以后又以新制的V1、V2型火箭相威胁，英国政府 忧心忡忡。英国首相丘吉尔向美国求援，美军方将此 事交给了美国加州喷射推进研究所。 提出对策。钱伟长和林家翘等对此加以分析，发现德 国火箭是从欧洲西海岸向伦敦发射的，多数落在伦敦 东区，这便证明德国火箭已采用了最大射程攻击伦敦 于是他们提出，只要在伦敦地面造成假象，好像市中 心被多次击中，以蒙蔽德国飞弹仍按原射程攻击，伦 敦市中心就可避免造成实质性破坏。英国接受了这一 建议。
3.3.3发表了两篇重要的学术论文
第一篇论文开奇异摄动研究之先河。在这个时期，钱 伟长发表了两篇重要的论文。第一篇是关于超声速对 称锥流摄动法的，他在美国航空工程学会1945年的年 会上，宣读了论文的有关部分，这是世界上第一篇关 于奇异摄动理论的论文。 第二篇论文是一篇经典式的力学论文。第二篇是钱伟 长在冯· 卡门教授指导下共同研究薄壁构件扭转问题而 撰写的《变扭角的扭转》，发表在美国《航空科学月 刊》1946年第13卷上，署名冯· 卡门、钱伟长。对于 这篇论文，冯· 卡门教授说: 这是一篇经典式的力学论 文。这篇文章发表后，受到了欧美各国学者的重视。 苏联学者符拉索夫院士对之有详尽的评论，并在这一 工作的基础上开发出具有实际应用意义的薄壁构件理 论。
第3章 为什么在事业如日中天的时候 毅然回国?
从1943年到1946年，钱伟长在美国加州理工大 学喷射推进研究所工作，取得了多项重要的科研成 果，得到冯· 卡门教授的赞赏和信任，而且工作生 活条件优厚。 正在事业如日中天的时候，1946年5月6日，钱 伟长以探亲为由离开美国，自洛杉矶搭货轮返回祖 国，这里有已经获得博士学位的原因，有科研事业 极为成功的原因，有思念亲人的原因，而最重要的 原因是：钱伟长留学读博士的目的非常明确，就是 为了学成报效自己的国家。
博士论文结果得到国际上公认的原因
称为“钱伟长方程”。1958年8月，在美国斯坦 福大学的海军结构力学研讨会上，冯元桢和 E.E.Sechler在所宣读的“弹性薄壳的失稳”一 文中，称扁壳方程为“钱伟长一般方程”，而称扁 圆柱壳方程为“圆柱壳钱伟长方程”，此后两种方 程统称为“钱伟长方程”。到20世纪八十年代， 上述论文的引用率超过百次。 誉为“划时代的工作”。 1977年美国出版的力 学专著《板壳渐近解》一书中，认为钱伟长的这项 工作“是划时代的工作”。