當(dāng)前位置：來(lái)源：光明網(wǎng) 記者：田永秀 時(shí)間：2015-03-24 10:07
昨天有消息稱(chēng)，中國(guó)時(shí)速500公里動(dòng)車(chē)組25日將在西南交大牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，這款“更高速度試驗(yàn)列車(chē)”被車(chē)迷稱(chēng)之為“CIT500”。但也有消息澄清，進(jìn)行試驗(yàn)的并不是CIT500,而是南北車(chē)研發(fā)的時(shí)速350公里的最新一代中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組，未來(lái)將取代CRH380A、B、C、D四個(gè)車(chē)型，成為中國(guó)未來(lái)高速動(dòng)車(chē)組的主力車(chē)型。也會(huì)是中國(guó)高鐵走出去的主力車(chē)型。無(wú)論是時(shí)速500公里的新高鐵試驗(yàn)，還是最新一代標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組，都意味著中國(guó)自主研發(fā)的高鐵再度取得了技術(shù)上的突破。
時(shí)速500公里開(kāi)展運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的基礎(chǔ)理論研究是當(dāng)今世界高速鐵路界尚未深入探索的領(lǐng)域，在此高速下，傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的力學(xué)現(xiàn)象與行為極限狀態(tài)如何不得而知。而早在二十多年前，西南交大的沈志云院士就已經(jīng)開(kāi)始思考這個(gè)速度，“提著腦袋”在西南交大建立了國(guó)際一流的試驗(yàn)平臺(tái)，試圖解開(kāi)輪—軌這個(gè)黑匣子。
沈志云，1929年出生，湖南長(zhǎng)沙人。1952年畢業(yè)于唐山鐵道學(xué)院。西南交通大學(xué)教授，機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家。1991年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士，1994年當(dāng)選中國(guó)工程院院士。他在機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)尤其是輪軌動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、曲線通過(guò)理論和隨機(jī)響應(yīng)等研究方面成績(jī)卓著。其標(biāo)志性成果有三：創(chuàng)建了輪軌非線性蠕滑力模型，即“沈氏理論”；主持研制成功中國(guó)第一臺(tái)迫導(dǎo)向貨車(chē)轉(zhuǎn)向架，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)輪緣磨損新紀(jì)錄；主持建立的機(jī)車(chē)車(chē)輛整車(chē)滾動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。晚年一直堅(jiān)持為發(fā)展高鐵奔走呼吁。
多年來(lái)，沈志云在機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的研究方面碩果累累，為中國(guó)鐵路高速、重載運(yùn)輸、高新技術(shù)發(fā)展和鐵路高等教育作出重大貢獻(xiàn)，其“沈氏理論”享譽(yù)世界。
如今，高速鐵路已成為中國(guó)最響亮的名片，改變?nèi)藗兊纳罘绞?。而沈志云近二十年為中?guó)高鐵發(fā)展奔走呼吁，其高鐵戰(zhàn)士、高鐵衛(wèi)士的形象在中國(guó)高鐵發(fā)展史上躍然紙上。
基本功的練就
1929年，沈志云出生于湖南長(zhǎng)沙。其父小學(xué)教師，其母家庭婦女。沈家并不富裕，兄長(zhǎng)沈立蕓是沈志云人生領(lǐng)路人。自幼父兄教育他，只有好好讀書(shū)才能有出息。抱著這樣的信念，沈志云讀書(shū)非常用功。小學(xué)尚未畢業(yè)，日本侵略的戰(zhàn)火已燒至長(zhǎng)沙，沈志云隨家人逃難到湘西。沈志云在國(guó)師附中六年成績(jī)年年第一。國(guó)師附中的優(yōu)秀教育給沈志云打下了良好的基礎(chǔ)。
1944年，因戰(zhàn)火臨近，國(guó)師附中從湖南藍(lán)田六畝塘搬到溆浦，沈志云與家里失去了聯(lián)系，也失去了家里的經(jīng)濟(jì)支持，不得不在“半工半讀”中完成學(xué)業(yè)。高中畢業(yè)時(shí)，湖南臨近解放，沈志云一心想?yún)⒓痈锩ぷ?。兄長(zhǎng)沈立蕓派人去國(guó)師附中將沈志云“押”回家，讓他復(fù)習(xí)備考大學(xué)，還賣(mài)掉了自己的結(jié)婚戒指，讓沈志云赴武漢趕考。沈志云報(bào)考了唐山工學(xué)院、清華大學(xué)和武漢大學(xué)，皆被錄取。最后按兄長(zhǎng)的建議選擇了唐山工學(xué)院，從此與鐵路結(jié)下了一世之緣。
1952年，因國(guó)家建設(shè)的需要，沈志云提前從唐院畢業(yè)留校當(dāng)助教。助教三年，沈志云天天寫(xiě)教案，試講，做習(xí)題，輔導(dǎo)學(xué)生，雖然沒(méi)能正式上講臺(tái)，卻打下了扎實(shí)的理論力學(xué)功底。這對(duì)沈志云其后的科學(xué)研究非常有幫助。
沈志云的研究思路及方法的訓(xùn)練主要得益于留學(xué)蘇聯(lián)攻讀副博士學(xué)位之時(shí)。
1957年，沈志云被國(guó)家選派去蘇聯(lián)留學(xué)，學(xué)習(xí)車(chē)輛修理專(zhuān)業(yè)。這個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)含量不高，錢(qián)偉長(zhǎng)在其出國(guó)的評(píng)審材料中批示：“希望以后不要再派學(xué)這種專(zhuān)業(yè)的人出國(guó)?！钡牵蛑驹茀s從這個(gè)學(xué)術(shù)含量不高的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中受到了系統(tǒng)的學(xué)術(shù)訓(xùn)練，養(yǎng)成了受益終身的學(xué)術(shù)思維與方法。
沈志云的指導(dǎo)老師尼可拉耶夫曾經(jīng)在修理工廠工作過(guò)十七年，深知實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有很多問(wèn)題亟待解決。他給了沈志云列有一百多個(gè)題目的選題清單，讓他先去工廠看看，根據(jù)實(shí)際需要選擇研究題目。就這樣，他給沈志云指明了一個(gè)進(jìn)入科學(xué)研究殿堂的切入口。沈志云通過(guò)對(duì)工廠生產(chǎn)的實(shí)際調(diào)查，選擇了各工廠都期待解決的車(chē)輛修理中一次性落車(chē)（即車(chē)輛修理好后放置在轉(zhuǎn)向架上）的問(wèn)題，成功解決了該問(wèn)題，得到專(zhuān)家們的好評(píng)，獲得了副博士學(xué)位。而從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在理論上進(jìn)行研究，再去實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，就成了沈志云受益一生的研究模式。
一鳴驚人的沈氏理論
“文革”中，沈志云被扣上了十八頂“高帽”，受到巨大沖擊。“文革”結(jié)束時(shí)，沈志云已快五十歲了。為了趕上世界潮流，他如饑似渴地更新知識(shí)、閱讀專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)。他將每天的時(shí)間分成四塊，晚上10點(diǎn)以后的第四塊時(shí)間是他的學(xué)習(xí)時(shí)間，往往一學(xué)就到深夜兩三點(diǎn)。
1982年，沈志云前往美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）做訪問(wèn)學(xué)者。在美國(guó)，53歲的沈志云以“餓牛吃草”的狀態(tài)進(jìn)行學(xué)習(xí)。一年多的時(shí)間，沈志云聽(tīng)了8門(mén)機(jī)械工程方面的課程，翻閱了美國(guó)MIT圖書(shū)館收藏的機(jī)械工程方面的全部論文。在MIT,他主要進(jìn)行了輪軌蠕滑力的計(jì)算問(wèn)題研究，并取得了重大突破。如何定量地確定輪軌蠕滑的力學(xué)特性，一直是車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的難題。國(guó)際學(xué)者沃爾妙倫、約翰遜等作了很多研究，其中卡爾克的研究最為突出。卡爾克將輪軌蠕滑理論由線性發(fā)展為三維的非線性理論，還設(shè)計(jì)出DUVOROL程序，是公認(rèn)的最精確的蠕滑理論。但其計(jì)算量太大，又沒(méi)有顯式公式可以輸入，因此使用起來(lái)非常不方便，難以推廣。
找到既快速又精確的輪軌蠕滑力計(jì)算方法是當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界高度關(guān)注的問(wèn)題。沈志云和MIT的指導(dǎo)教師赫追克都想在此有所突破。于是，這個(gè)任務(wù)就成了沈志云在MIT的研究任務(wù)。沈志云每周給赫追克匯報(bào)研究進(jìn)展。后來(lái)，為了得到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，他們又和卡羅拉多州普耶勃羅實(shí)驗(yàn)中心的總工程師葉爾金斯合作，由葉爾金斯提供現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。沈志云提出，可用卡爾克的線性理論來(lái)改造沃爾妙倫-約翰遜的線性公式，再用沃爾妙倫-約翰遜的非線性化的曲線來(lái)修正誤差。他的這種設(shè)想得到了赫追克和葉爾金斯的贊同。于是，沈志云按照這個(gè)設(shè)想設(shè)計(jì)新的計(jì)算方法，將其制作成計(jì)算機(jī)程序。
圣誕節(jié)至元旦的這一周美國(guó)學(xué)校放假，學(xué)生回家了。沈志云就利用實(shí)驗(yàn)室的二十幾臺(tái)計(jì)算機(jī)一起跑程序，二十四小時(shí)不間斷，做了整整一周。一方面，用卡爾克的方法做；另一方面，用沈志云設(shè)想的修正方法做。整整一周，他不斷地巡視著每臺(tái)計(jì)算機(jī)，大門(mén)都沒(méi)出去過(guò)。整座大樓寂靜無(wú)聲。困了，沈志云就在機(jī)房的沙發(fā)上打個(gè)盹，餓了就在走廊上的自動(dòng)售賣(mài)機(jī)里買(mǎi)杯咖啡、買(mǎi)點(diǎn)餅干充饑。一周下來(lái)，主體計(jì)算基本完成了。
結(jié)果非常理想，在主要的計(jì)算中兩組數(shù)據(jù)差距都不超過(guò)10%，完全可以工程應(yīng)用。而新方法的計(jì)算速度比卡爾克的方法快幾十倍。研究成功了！赫追克和葉爾金斯對(duì)沈志云拼命工作的印象非常深刻，稱(chēng)他不僅思路清晰，而且“每天工作24小時(shí)”。
國(guó)際輪軌蠕滑力研究權(quán)威卡爾克對(duì)沈志云等發(fā)明的這一方法給予了高度評(píng)價(jià)，說(shuō)解決了他一直想解決而未能解決的問(wèn)題，并稱(chēng)這“是鐵道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中能夠采用的最好的非線性蠕滑力模型，是鐵道車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真最適用的方法，是1983年世界蠕滑理論新發(fā)展的標(biāo)志”。后來(lái)卡爾克將這一方法命名為“沈-赫追克-葉爾金斯”理論，將其歸納為三維彈性體滾動(dòng)接觸力學(xué)的第四大理論，并且說(shuō)第四大理論是最適合于在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中運(yùn)用的理論。
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