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太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所科研振兴发展纪实

时间:2013-11-21 16:12来源:科研动态周刊 作者:陈园元 李娜 点击:
        编者按:我国应用力学的兴起始于上世纪50年代,而真正意义上的发展却是改革开放之后。在各种机械、车辆、船舶、飞机、航天器和武器系统中,和各种建筑、桥梁和水利等工程结构中,力学上的性能和可靠性在近代研究中占据了越来越突出的地位。应用力学的研究范围之广令人惊诧,而它与生物医学工程在技术上是相互融合的,但以此为一个研究门类却并多见。1984年,我国第一个应用力学与生物医学工程研究所的雏形由著名力学家杨桂通教授创建,并以此作为太原理工大学的力学研究主体单位,成为我国弹塑性动力学、冲击动力学和生物力学研究的重要基地之一。固体力学学科是山西省第一批重点建设的学科之一,1986年被国务院批准为博士学位授予点。2005年生物医学工程获批一级学科博士学位授予点。现拥有力学博士后流动站、"工程力学"二级博士点、力学一级硕士点。建有"材料强度与结构冲击山西省重点实验室"、生物力学实验室、微纳米实验室和高性能超级计算仿真中心。
        近30年来,太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所传承使命,坚持创新,致力于把研究所打造为我国材料强度和结构冲击领域高水平科学研究、承担国家重大项目、解决行业重大难题、开展高层次学术交流的重要基地,在应用力学研究和创新上取得了丰硕成果。特别是近年来,该所在学科创始人杨桂通教授、首席学科带头人陈维毅、所长安美文的带领下,为国防工程、企事业单位完成多项科技攻关项目,有力推动了地方经济转型跨越发展。
 

树立专业方向   成就学界权威


 
        力学不仅是一门基础科学,同时也是一门技术科学,它是许多工程技术的理论基础,又在广泛的应用过程中不断得到发展。随着工程学越分越细,各个分支中许多关键性的进展,都有赖于力学中有关运动规律、强度、刚度等问题的解决。而随着力学在工程技术应用方面越来越广,力学研究的方向也愈加细化和复杂。在太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所,其研究方向的广泛和深入几乎让不是工科出身的记者一头雾水,但一看就是高端领域的科研攻关。
——研究方向一:爆炸与冲击动力学及其工程应用。以爆炸与冲击动力学为核心,以与工程应用结合紧密的新材料、新结构为研究对象,以解决为国家和山西省重大战略目标需求为目标,重点开展材料动态本构关系、轻质新型材料与结构的动力学行为、爆炸冲击波传播机理、冲击损伤与防护与航空航天、重大装备等领域中动力学问题等方面的研究。
——研究方向二:非线性动力学。重点研究多种典型弹塑性、非线性结构的非线性动力学行为和新的物理现象、寻求各种非线性系统在外力干扰下通向混沌的途径、研究非线性系统运动的规则区和混沌区、混沌带现象的存在及其相应的临界参数、典型弹塑性、非线性结构的动力屈曲问题、确定屈曲模态、临界速度等一系列非线性特征及相关理论与实验方法。
——研究方向三:跨尺度多学科中的力学问题及其软件开发与应用。主要开展碳纳米管及纳米复合材料的力学性能与分子动力学模拟;微电子封装结构中力-湿-热耦合行为及其可靠性、 超轻质结构热力耦合行为、光滑有限元分析程序设计与开发、工业装备和大型工程结构的可靠性分析。
——研究方向四:生物体中力学-生理响应耦联问题。主要开展与临床相关的组织与器官生物力学的研究,涉及运动性骨关节损伤和治疗、骨性关节炎治疗和康复,眼球功能相关疾患的机理研究和治疗的新技术、皮肤烧伤的瘢痕形成和治疗机理等;植入式医疗器械的关键技术研究,开发心脑血管支架、脊椎支撑支架等先进植入式医疗设备,进行其智能变形结构的关键技术研究,以期获得具有自主知识产权的创新性研究成果,打破国外高端技术垄断,为我省医疗设备产业转型升级提供技术支持。
不难看出,太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所在专业研究上几乎囊括了力学和其他基础科学结合产生的最常见的各种分支,而依托力学的基本构成,在生物医学研究上的涉猎更成为其研究的特色。
据了解,目前该所有仪器设备总数58台(套),主要用于金属、非金属、高分子聚合物、生物材料静态、动态力学性能实验测试,结构在外力载荷作用下产生的力学响应(位移,速度,加速度,应变和变形等)测试,细胞培养,细胞、原子受力测试,温度测试等。


打造人才团队   引领学术特色

        人才是社会文明的领跑者,是社会发展的助推剂,是经济发展的动力引擎。“科学技术是第一生产力,”而科学技术的发展离不开人才。在太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所,用“三顾茅庐”的谦虚和尊重引进人才,用“百年树人”的思想孵育人才,用“海纳百川”的胸怀聚集人才,以“不拘一格”的方法使用人才,成为该所30年来一以贯之的准则。
        作为我国最早倡导并从事生物力学研究的学者之一,杨桂通教授为太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所积累下了丰富的人才培养经验。也正因如此,近年来,该所一直把研究生培养作为工作的重要任务之一。近五年,该所共培养硕士研究生85名,博士研究生25名。此外,采用培养和引进相结合的原则,派有潜力和发展前途的年轻教师出国进修和访问,同时引进国内外同行业的知名教授和学者前到该所作客座或讲座教授。到目前为止,现有研究人员34人,教授12人,副教授10人,博士生导师9人,硕士研究生80名,博士生30名。其中“教育部新世纪优秀人才计划”入选者1人,山西省“333”人才入选者1人,“山西省中青年拔尖创新人才支持计划”入选者1人,“山西省青年拔尖人才”入选者1人,“山西省高等学校优先青年学术带头人支持计划”入选者4人,“山西省高等学校优秀创新团队支持计划”入选者10人,山西省“百人计划”专家5人。
        正是依托强大的科研团队,近年来,该所相继承担和完成国家重大研究计划、国家自然科学基金等50余项国家级课题,为国防工程、企事业单位完成多项科技攻关项目,获山西省科学技术奖(自然科学类)一等奖1项,二等奖7项,出版专著12部,发表论文被SCI、EI收录300余篇次。
        在近年来完成的横向科研项目中,该所诸多技术突破和科学研究都为业界带来了极大的震撼。其中,为国产多种型号战机完成的座舱圆弧风挡鸟撞的实验研究和计算机仿真项目为风挡的安全设计和研制新机型提供了有价值的数据;为西山矿务局“采煤装置”的改进建立的滚筒式采煤机切割煤体过程的三维有限元模型,有效提高了采煤机块煤率,减少了能量消耗;为枭龙(FC-1)战机完成的驾驶舱弹射救生系统,使系统重量减轻了50%~80%,可靠性指标达到置信度0.9,可靠度0.98,多次成功的挽救了飞行员的生命;汽车和人体受侧撞动力响应的实验和数值仿真,成功解决了汽车制造防止侧向撞击的技术难题;矿用可移动式救生舱抗爆炸冲击性能的有限元分析,进一步提出救生舱抗爆的流固耦合分析方法,为提高煤矿安全防护和应急救援能力提供科学理论……
        结语:周培源先生说:“力学是关于物质宏观运动规律的科学。”“只要自然界存在着机械运动,以及机械运动和其他各级运动形式的相互联系,力学就永远有无止境的研究课题,就永远有无限光辉的前景。”对太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所,这正是他们奋进和求索的号角。
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