小裂紋折射大視野

范德強(qiáng)

“我可能是世界上見(jiàn)過(guò)裂紋最多的人之一。”徐犖愚語(yǔ)調(diào)舒緩，即便是玩笑話也總透著一份儒雅。然而這位儒雅的學(xué)者所從事的研究?jī)?nèi)容卻是“破壞”——“在實(shí)驗(yàn)室把各種新材料拉壞，壓壞，扭壞，砸壞，研究它們的損傷和裂紋起始及擴(kuò)展，從而保障使用新材料先進(jìn)結(jié)構(gòu)的安全性”。也因此，他總是調(diào)侃自己是“專搞破壞的實(shí)驗(yàn)力學(xué)家”。

寧波大學(xué)安中講座教授徐犖愚多年來(lái)徜徉的研究領(lǐng)域是一個(gè)常人難以觸及的世界，它被包裹于層層材料之間，然而這片極為狹小的空間卻又與整個(gè)社會(huì)的發(fā)展有著巨大的關(guān)系。從地震的產(chǎn)生機(jī)理，航天飛機(jī)的空中解體，到飛機(jī)、艦船的許多事故……林林總總都與那些微小裂紋有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。

這些小小的裂紋是諸多復(fù)雜問(wèn)題的起源。為了小小的裂紋，徐犖愚求索了20余年，至今熱情仍沒(méi)有半分消減。

從飛機(jī)夢(mèng)到材料的斷裂損傷

徐犖愚從小有一個(gè)“設(shè)計(jì)飛機(jī)”的夢(mèng)。

上小學(xué)時(shí)，當(dāng)空軍飛行教練的表哥送給他一架殲-5戰(zhàn)斗機(jī)模型，開(kāi)啟了他對(duì)飛機(jī)的愛(ài)好。“為什么飛機(jī)有這么大的尾巴，而鳥(niǎo)的尾巴就要小得多？”諸如此類的疑問(wèn)讓徐犖愚急切渴求有關(guān)飛機(jī)的知識(shí)。他訂閱了《航空知識(shí)》和《國(guó)際航空》，“很多內(nèi)容看不懂，但是就喜歡拿來(lái)翻翻”，也是從那時(shí)起，他決定將來(lái)一定要考取北京航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“北航”），去設(shè)計(jì)飛機(jī)?？v然高考時(shí)，他的分?jǐn)?shù)已經(jīng)足夠進(jìn)入清華、北大，徐犖愚仍然堅(jiān)持了自己當(dāng)初的夢(mèng)想——去北航，造飛機(jī)。

來(lái)到北航的第一天，徐犖愚就興奮地跑到航空博物館，跟各種各樣的飛機(jī)合了影。大學(xué)4年，他一直是北航航模隊(duì)的成員，主要制作和遙控滑翔機(jī)飛行。為了參加航模隊(duì)周日的活動(dòng)，他每周六晚“閉關(guān)”寫(xiě)作業(yè)。4年下來(lái)，自己的興趣沒(méi)耽誤，成績(jī)照樣優(yōu)異。本科畢業(yè)前，他順理成章被保送北航的飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)讀研。

不同于大學(xué)時(shí)期肆意投入自己的興趣，研究生階段的徐犖愚必須做出一個(gè)重要的選擇——究竟選擇一個(gè)什么樣的研究方向？大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)最終給了他指引。

20世紀(jì)60年代，先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料在航空界嶄露頭角。其強(qiáng)度和鋼相當(dāng)，但是密度僅為飛機(jī)鋁合金的一半。美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室（AFRL）最早開(kāi)始這方面的研究。80年代，中國(guó)的殲-8戰(zhàn)斗機(jī)也想采用少量復(fù)合材料以減輕重量。但復(fù)合材料容易出現(xiàn)微小的基體裂紋。一架大飛機(jī)居然怕小小的裂紋？這又增加了徐犖愚的科學(xué)好奇心。在楊秉憲教授和葉林教授（現(xiàn)工作于澳大利亞悉尼大學(xué)）的指導(dǎo)下，本科四年級(jí)時(shí)，徐犖愚開(kāi)始研究復(fù)合材料的斷裂和損傷。

“我的科研方向已經(jīng)很清晰了，就是研究新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的裂紋。”從一直憧憬設(shè)計(jì)飛機(jī)的少年，到對(duì)飛機(jī)研發(fā)的核心問(wèn)題有了深刻認(rèn)識(shí)的研究人員，徐犖愚的發(fā)展路線也隨著科研方向的錨定逐漸清晰起來(lái)。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，徐犖愚又找到了新的發(fā)展方向。當(dāng)時(shí)他的主要參考文獻(xiàn)是一篇來(lái)自美國(guó)的博士論文。于是，“去美國(guó)讀博士，研究比這篇博士論文做得更好”成為他留美最單純的動(dòng)機(jī)。

1996年，在陳為農(nóng)教授（現(xiàn)美國(guó)普渡大學(xué)工學(xué)院科研副院長(zhǎng)）的推薦下，徐犖愚來(lái)到美國(guó)加州理工學(xué)院航空系攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)，徐犖愚其實(shí)還有其他不錯(cuò)的選擇。如美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）航空航天系也為他提供了全額獎(jiǎng)學(xué)金。而他選擇加州理工學(xué)院是因?yàn)檫@所學(xué)校為中國(guó)培養(yǎng)了最杰出的科學(xué)家——錢學(xué)森、周培源、錢偉長(zhǎng)……能在這些偉大科學(xué)家的母校深造學(xué)習(xí)，徐犖愚覺(jué)得自己離夢(mèng)想更近了一些。

在加州理工，徐犖愚的博士生導(dǎo)師是洛杉克思（Ares Rosakis）教授，他是動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)大師，美國(guó)國(guó)家工程和科學(xué)院院士。初次見(jiàn)面，徐犖愚就被導(dǎo)師對(duì)科學(xué)研究的熱情所折服。導(dǎo)師所從事的基礎(chǔ)研究充斥著大量數(shù)學(xué)問(wèn)題，對(duì)常人來(lái)說(shuō)枯燥異常，然而他卻對(duì)科研充滿了熱情，也用這種熱情感染著自己的學(xué)生。跟隨導(dǎo)師，他開(kāi)始接觸美國(guó)國(guó)防部的最新科研項(xiàng)目。他的科研生涯也開(kāi)始一路向上，迎來(lái)諸多高光時(shí)刻。

大洋彼岸科研啟航

徐犖愚跟隨導(dǎo)師參與的項(xiàng)目是研究用于軍艦的復(fù)合材料——三明治板。“美國(guó)國(guó)防部每年資助高校數(shù)千個(gè)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，外國(guó)人也可以參加。”徐犖愚介紹道。因?yàn)槊绹?guó)海軍不僅擁有軍艦，還有飛機(jī)和裝甲車，所以美國(guó)海軍科研局（ONR）代表了美國(guó)國(guó)防科技的綜合水平，也擁有最多的科研經(jīng)費(fèi)。作為美國(guó)聯(lián)邦政府第一個(gè)科研資助機(jī)構(gòu)，ONR的資助方式既靈活又持久，所以吸引了許多美國(guó)頂尖學(xué)者。徐犖愚的導(dǎo)師洛杉克思教授，就是其中之一。

所謂三明治板是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一種，由兩層玻璃纖維面板和一層芯組成。這樣的結(jié)構(gòu)又輕又硬，很適合在軍艦上應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，美國(guó)海軍科研局開(kāi)始轉(zhuǎn)向復(fù)合材料用于軍艦的基礎(chǔ)研究。由于軍艦會(huì)受到深水炸彈和導(dǎo)彈的襲擊，研究重點(diǎn)是在沖擊載荷作用下，三明治板的破壞機(jī)理。而此前只有瑞典海軍嘗試用復(fù)合材料構(gòu)建軍艦船體，因此徐犖愚拿到的研究材料也正是一塊瑞典海軍采用的三明治板。這塊三明治板開(kāi)啟了徐犖愚在美國(guó)的科研旅程。

“這項(xiàng)研究充分體現(xiàn)了加州理工的基礎(chǔ)研究風(fēng)格，因?yàn)槲也⒎茄芯空鎸?shí)的三明治板，而是通過(guò)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)，來(lái)掌握兩種不同動(dòng)態(tài)裂紋的擴(kuò)展順序。”即研究問(wèn)題的基本原理，而非專攻具體問(wèn)題。

在洛杉克思教授的指導(dǎo)下，徐犖愚把很硬的鋼與較軟的光彈聚合物粘在一起，組成了一個(gè)“三明治板”的力學(xué)模型。通過(guò)高速攝影實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)是層間裂紋誘導(dǎo)出層內(nèi)裂紋和不同的斷裂模式，從而解決了多年懸而未決的問(wèn)題。同時(shí)，層與層之間可以由同樣的聚合物黏接起來(lái)。20年后，徐犖愚發(fā)現(xiàn)這正是3D打印聚合物的力學(xué)模型。這些內(nèi)容組成了他的博士論文《層合材料的動(dòng)態(tài)破壞特性研究》。

出色的科研能力以及成果，讓徐犖愚于2003年贏得了獲獎(jiǎng)率僅10%的美國(guó)海軍科研局杰出青年學(xué)者獎(jiǎng)（ONR YIA）。他也因此獲得了自己作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的第一個(gè)美國(guó)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目——用納米復(fù)合材料改進(jìn)軍艦混合結(jié)構(gòu)的界面和動(dòng)態(tài)破壞性能。

當(dāng)時(shí)海軍科研局船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理認(rèn)為：用100%復(fù)合材料代替鋼制船體是不可行的，因此需要循序漸進(jìn)。他的新概念是“混合船體”，即用輕的復(fù)合材料代替重的船頭和船尾，中間船體依然是鋼。但這導(dǎo)致了一個(gè)破壞力學(xué)的特殊問(wèn)題——雖然復(fù)合材料和鋼都很強(qiáng)，但是它們的連接處或界面最弱。深水炸彈引起的動(dòng)態(tài)載荷，將會(huì)把鋼與復(fù)合材料之間的連接破壞掉，即軍艦斷成三截。

這是一個(gè)十分重要且棘手的項(xiàng)目，除了一兩名像徐犖愚一樣的青年學(xué)者外，其余參與者都是美國(guó)院士級(jí)別的固體、結(jié)構(gòu)力學(xué)專家。在這一復(fù)雜問(wèn)題中，徐犖愚用光學(xué)方法驗(yàn)證，在兩種剛度不匹配材料（如鋼與復(fù)合材料）黏接邊緣上會(huì)出現(xiàn)很高的應(yīng)力集中;在沖擊載荷下，就會(huì)導(dǎo)致快速界面裂紋擴(kuò)展。同時(shí)，他創(chuàng)新的納米復(fù)合材料膠層也沒(méi)有出現(xiàn)期望的性能。他采用界面力學(xué)方法，同樣證實(shí)碳納米纖維或納米管與基體間存在著很大的剛度不匹配和高的應(yīng)力集中，因此，納米復(fù)合材料無(wú)法顯著增加強(qiáng)度。

專家們認(rèn)為軍艦混合船體行不通！“這聽(tīng)起來(lái)像一個(gè)失敗的項(xiàng)目，但其實(shí)它是成功的?！泵鎸?duì)記者的疑惑，徐犖愚微笑著說(shuō)道，“因?yàn)樗晒Φ刈柚沽嘶旌洗w的概念，阻止了一場(chǎng)注定的失敗?！毙鞝斡拚f(shuō)，這就是基礎(chǔ)研究的意義，從原理中窺探結(jié)果，指導(dǎo)實(shí)踐。而他也在其中不斷體會(huì)著這份價(jià)值感，這成為他從事科研不竭的火種。

以基礎(chǔ)研究馳騁海陸空

2009年，徐犖愚接手了他在美國(guó)海軍科研局的第二個(gè)項(xiàng)目：研究復(fù)合材料的耐海水腐蝕性能。

由于軍艦鋼船體嚴(yán)重的海水腐蝕問(wèn)題，每年各國(guó)的海軍要花費(fèi)數(shù)億美元來(lái)護(hù)理船體。因此，耐腐蝕性好的復(fù)合材料成為一種先進(jìn)的替代物。但復(fù)合材料耐腐蝕性能到底有多好，一直是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。先前的海水腐蝕實(shí)驗(yàn)是把整塊復(fù)合材料板直接浸入模擬的海水，過(guò)一定時(shí)間取出再做各種力學(xué)性能測(cè)試。但這些實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重低估了復(fù)合材料的耐海水腐蝕性能。

“復(fù)合材料船體其實(shí)只有一面受到海水的侵蝕?！毙鞝斡廾翡J地發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，他設(shè)計(jì)了一個(gè)“復(fù)合材料魚(yú)缸”——黏接4片復(fù)合材料板構(gòu)成一個(gè)小水缸，再倒入海水，準(zhǔn)確模擬對(duì)復(fù)合材料船體的影響。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)了3年，其間每3個(gè)月，他和研究生都要將多個(gè)水缸拆開(kāi)做復(fù)合材料的沖擊損傷和壓縮實(shí)驗(yàn)。最后，通過(guò)3年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，他們得出復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度下降不超過(guò)10%的結(jié)論。另外，鑒于復(fù)合材料在船體上的應(yīng)用是需要加涂層的，而復(fù)合材料魚(yú)缸實(shí)驗(yàn)是基于裸露的復(fù)合材料層板，即新實(shí)驗(yàn)仍舊有些低估了材料的性能。因此，專家們認(rèn)為復(fù)合材料船體在軍艦壽命的25～30年內(nèi)，海水腐蝕不會(huì)對(duì)其構(gòu)成大的問(wèn)題。

徐犖愚獨(dú)創(chuàng)的方法在海軍科研局固體力學(xué)年度匯報(bào)會(huì)上引起了很好的反響。美國(guó)和其他國(guó)家的復(fù)合材料或固體力學(xué)專家包括美國(guó)工程院士R. Christensen和G. Ravichandran都認(rèn)為這是一個(gè)簡(jiǎn)單又行之有效的辦法。這一開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)各國(guó)發(fā)展復(fù)合材料艦船具有深遠(yuǎn)的影響。

盡管20年一直從事美國(guó)國(guó)防研究，但徐犖愚說(shuō)，他的研究只涉及基礎(chǔ)項(xiàng)目，并不觸及軍方機(jī)密?！叭绻脴?shù)木年輪來(lái)比喻的話，美國(guó)高校從事的研究就是最外圈的年輪，這包含最基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題，而那些核心機(jī)密我們并不觸及。”

正因?yàn)檫@一圈基礎(chǔ)研究的“年輪”包羅萬(wàn)象，徐犖愚的研究成果所應(yīng)用的領(lǐng)域是無(wú)界的。除了美國(guó)海軍科研局的項(xiàng)目，2015年他還為美國(guó)陸軍科研局（ARO）研究過(guò)防彈機(jī)理，即用兩片軟性聚合物薄層植入一塊凱夫拉防彈板，在手槍射擊測(cè)試中將防彈板背面變形降低了15%;2017年，他與美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）土木系系主任E. Taciroglu教授（計(jì)算力學(xué)專家）合作，進(jìn)行一項(xiàng)美國(guó)空軍科研局（AFOSR）的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。他們將極小的納米壓痕和極快的彈丸沖擊實(shí)驗(yàn)通過(guò)接觸力學(xué)聯(lián)系在一起，研究空軍復(fù)合材料的沖擊響應(yīng)，用這種新方法可快速預(yù)測(cè)中/厚復(fù)合材料層板的沖擊損傷上限。徐犖愚有關(guān)復(fù)合材料的研究成果（20多篇文章）發(fā)表在Composite Science and Technology、Journal of Composite Materials等權(quán)威復(fù)合材料期刊。

直到2019年回國(guó)前，徐犖愚在美國(guó)的研究主要涉及海陸空多領(lǐng)域國(guó)防科研，工作更覆蓋了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、市場(chǎng)調(diào)查和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。他的一些基礎(chǔ)研究成果被其他領(lǐng)域科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。2003到2009年，在兩個(gè)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金（NSF）項(xiàng)目的資助下，徐犖愚和美國(guó)西北大學(xué)黃永剛教授（美國(guó)國(guó)家工程院/科學(xué)院院士）和研究生合作，提出了一系列與界面有關(guān)的動(dòng)態(tài)斷裂準(zhǔn)則和測(cè)量界面強(qiáng)度的新方法。他們?cè)贘ournal of the Mechanics and Physics of Solids、Experimental Mechanics、International Journal of Solids and Structures等權(quán)威力學(xué)期刊上發(fā)表多篇文章。這些開(kāi)拓性成果被許多國(guó)際知名學(xué)者所采用。如倫敦大學(xué)的學(xué)者將其用于分析地球斷層帶，霍普金斯大學(xué)的學(xué)者將其用于金屬的動(dòng)態(tài)穿晶和沿晶斷裂，麻省理工學(xué)院的學(xué)者將其用于3D打印材料的沖擊破壞……這些獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)被全球8個(gè)著名力學(xué)團(tuán)隊(duì)模擬。

“這就是基礎(chǔ)研究的魅力?！毙鞝斡拚f(shuō)。

歸來(lái)正逢其時(shí)

盡管在美國(guó)主持參與了各個(gè)領(lǐng)域的高質(zhì)量項(xiàng)目，逐漸站在了領(lǐng)域的最前端，但是徐犖愚也深諳美國(guó)發(fā)展的一些痛點(diǎn)?！敖┠陙?lái)，某些西方勢(shì)力不斷打壓中國(guó)發(fā)展，然而我認(rèn)為是徒勞的。”徐犖愚說(shuō)出這番話不僅是出于拳拳報(bào)國(guó)心，還基于他在美國(guó)20多年來(lái)的切身體會(huì)。

由于槍擊事件不斷，2015年，在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助下，徐犖愚曾帶領(lǐng)市場(chǎng)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（I-Corps項(xiàng)目），在美國(guó)和西歐對(duì)平民防彈產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)全面的市場(chǎng)調(diào)查，并開(kāi)發(fā)出反恐制暴產(chǎn)品——防彈防刺的“貼身盾牌”。

它可以裝在學(xué)生書(shū)包內(nèi)，實(shí)用性很高，其用戶已遍布12個(gè)國(guó)家。徐犖愚此前從陸軍科研局基礎(chǔ)研究項(xiàng)目得出的一些結(jié)論被用在這一產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。由于校園槍擊案一直為家長(zhǎng)們所擔(dān)憂，因此，貼身盾牌被新墨西哥和得克薩斯州的主要報(bào)紙和電視廣為報(bào)道。但不到兩年，貼身盾牌卻停產(chǎn)了，原因竟然是該產(chǎn)品無(wú)法跟中國(guó)制造的防彈產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)楦咝詢r(jià)比是中國(guó)制造的特色。

據(jù)徐犖愚介紹，導(dǎo)致貼身盾牌停產(chǎn)的原因與美國(guó)制造業(yè)成本高昂有著直接關(guān)系。貼身盾牌采用最先進(jìn)的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）防彈材料，而不是傳統(tǒng)材料凱夫拉。美國(guó)警察穿的通常是凱夫拉防彈衣，而只有軍人才穿昂貴的UHMWPE防彈衣。但美國(guó)的UHMWPE材料卻比中國(guó)的要貴好幾倍。所以貼身盾牌采用中國(guó)的UHMWPE材料。但即便如此，美國(guó)的人工費(fèi)比中國(guó)要高十多倍，總成本依舊降不下來(lái)?！懊绹?guó)制造的大多數(shù)產(chǎn)品在價(jià)格上毫無(wú)優(yōu)勢(shì)。所謂美國(guó)制造，只是那些政客掛在嘴上的噱頭。因?yàn)槊绹?guó)人在購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)，主要看價(jià)錢。當(dāng)兩種產(chǎn)品價(jià)錢接近時(shí)，美國(guó)制造才有吸引力。因此，在家長(zhǎng)購(gòu)買學(xué)生防彈產(chǎn)品時(shí)，100多美元的多功能產(chǎn)品貼身盾牌，根本比不了中國(guó)制造的只有六七十美元的純防彈產(chǎn)品?！?/p>

徐犖愚說(shuō)，這不是個(gè)例，在美國(guó)，制造成本高昂已經(jīng)成為阻礙美國(guó)制造業(yè)發(fā)展的重要因素。在民用領(lǐng)域，國(guó)外的產(chǎn)品已經(jīng)占領(lǐng)了美國(guó)主流市場(chǎng)?！懊绹?guó)制造”僅用來(lái)生產(chǎn)高精尖或者國(guó)防產(chǎn)品，但仍不斷面臨著困境。

“比如隱形多用途飛機(jī)F-35，在美國(guó)總裝，但一些西方國(guó)家也生產(chǎn)一些部件以降低成本。然而F-35的成本依然從預(yù)算到生產(chǎn)增加了十幾倍。這些西方國(guó)家叫苦連天，但也無(wú)可奈何！再如Zumwalt（朱姆瓦特）驅(qū)逐艦是美國(guó)海軍的最新武器。軍艦采用了一些先進(jìn)復(fù)合材料利于隱身，但是它卻事故不斷，如進(jìn)入巴拿馬運(yùn)河后就拋錨了。本來(lái)美國(guó)海軍需要32艘，最后只造了3艘。其主要原因是美國(guó)制造控制不了成本。最后一艘驅(qū)逐艦價(jià)格高達(dá)40億美元，遠(yuǎn)高于美國(guó)的弗吉尼亞級(jí)核潛艇。因此，對(duì)某些產(chǎn)品而言，美國(guó)制造成了‘質(zhì)低價(jià)高的代名詞?！?/p>

深刻體會(huì)到中美科技和制造業(yè)的區(qū)別后，徐犖愚對(duì)于中國(guó)科技強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略愈發(fā)篤定且堅(jiān)信不疑。2019年，闊別祖國(guó)20余年的徐犖愚風(fēng)塵仆仆地歸來(lái)了。就在他歸國(guó)的前一年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見(jiàn)》。中國(guó)以科技強(qiáng)國(guó)、加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的決心已經(jīng)凸顯。徐犖愚的回歸正逢其時(shí)。

“我是杭州人，我的家鄉(xiāng)那么好，為什么要一輩子待在美國(guó)？”從走出國(guó)門那一刻起，到回國(guó)時(shí)，徐犖愚說(shuō)自己從未想過(guò)要永遠(yuǎn)留在美國(guó)。最終他重回故鄉(xiāng)，逐浪于這“千帆競(jìng)發(fā)”的時(shí)代發(fā)展浪潮中。

基礎(chǔ)教育：時(shí)代的需求

目前徐犖愚主要從事兩方面的研究。一是3D打印材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)研究。3D打印材料越來(lái)越多地用于航空航天結(jié)構(gòu)件，因此它們的安全性/損傷容限成為關(guān)鍵的研究課題。3D打印材料有許多薄弱的材料界面。如果這些界面與裂紋、空隙和缺陷相互作用，材料破壞就會(huì)變得非常復(fù)雜。為了塑造更安全的工程結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在徐犖愚團(tuán)隊(duì)試圖找到3D打印材料的最小強(qiáng)度和斷裂韌性。他準(zhǔn)備建立一個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，為中國(guó)和國(guó)外研究人員準(zhǔn)確測(cè)量各種3D打印材料的力學(xué)性能。

第二項(xiàng)研究徐犖愚聚焦全球性臺(tái)/颶風(fēng)、冰雹時(shí)財(cái)產(chǎn)保護(hù)的應(yīng)用/基礎(chǔ)研究?！?017年，我再次造訪佛羅里達(dá)的海明威故居，體會(huì)到了伊爾瑪超強(qiáng)颶風(fēng)后災(zāi)民的痛苦。近4年，在大西洋和太平洋，每年都有超強(qiáng)颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)，導(dǎo)致建筑物和車輛等重大財(cái)產(chǎn)及生命損失?！?/p>

而在我國(guó)，如2018年的“山竹”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)造成5?。▍^(qū)）近300萬(wàn)人受災(zāi);2019年的“利奇馬”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)更造成1402萬(wàn)人受災(zāi)，57人死亡。同時(shí)，每年冰雹也給中國(guó)和其他國(guó)家造成巨大的損失。這些財(cái)產(chǎn)損失主要是由于亂飛的木頭、石頭和冰雹撞擊造成的。因此，徐犖愚設(shè)想了“連續(xù)保護(hù)板纏繞”系統(tǒng)，其不僅可以快速保護(hù)單個(gè)房屋，還可以在臺(tái)/颶風(fēng)來(lái)臨前保護(hù)大型建筑，如商業(yè)大樓等。

在這項(xiàng)研究中，徐犖愚不忘自己基礎(chǔ)研究科學(xué)家的本職，聚焦其中的關(guān)鍵問(wèn)題——基于先進(jìn)的沖擊動(dòng)力學(xué)研究，設(shè)計(jì)出性價(jià)比高、重量輕、抗沖擊的混合材料系統(tǒng)。研究將側(cè)重于大規(guī)模、可移動(dòng)、高效的保護(hù)系統(tǒng)?！皯?yīng)用目標(biāo)是在下次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊中國(guó)之前，開(kāi)發(fā)大規(guī)模居民和政府財(cái)產(chǎn)，如空軍基地、民用機(jī)場(chǎng)的保護(hù)系統(tǒng)?！毙鞝斡迾?lè)觀地說(shuō)道。就像以前研究微小裂紋一樣，一切都是防患于未然。

為了讓更多學(xué)子了解基礎(chǔ)力學(xué)研究的價(jià)值和魅力，2020年年秋，徐犖愚跑了10所高校作學(xué)術(shù)報(bào)告，與眾多學(xué)子零距離接觸，親身感受了國(guó)內(nèi)的教育環(huán)境及氛圍，徐犖愚對(duì)此也頗有感觸。“中國(guó)留學(xué)生在國(guó)外的成績(jī)是很優(yōu)秀的，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)的理工基礎(chǔ)打得牢固。但是這些年來(lái)，中國(guó)的小學(xué)生卻把很多精力用在學(xué)英語(yǔ)上，而不是多學(xué)博大精深的中文和深?yuàn)W的數(shù)學(xué)。比英語(yǔ)，我們總不如美國(guó)學(xué)生，而扎實(shí)的中文和數(shù)學(xué)功底，卻是需要多年努力才能獲得的?！?/p>

徐犖愚還記得，在杭州一中讀書(shū)時(shí)，大家每周都要背誦3首古詩(shī)。這對(duì)他的一生都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的文化影響，以至于他在美國(guó)散步時(shí)，腦海中都會(huì)突然想起背誦過(guò)的詩(shī)詞。如“雕闌玉砌應(yīng)猶在，只是朱顏改”正是他在美國(guó)思鄉(xiāng)的感觸！

在北航，他最喜歡基礎(chǔ)力學(xué)課，如材料力學(xué)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)。來(lái)到加州理工學(xué)院后，他發(fā)現(xiàn)航空系其實(shí)是一個(gè)力學(xué)系，系里除了一個(gè)教授做燃燒研究之外，其他教授不是固體力學(xué)就是流體力學(xué)的大師。第一學(xué)季的流體力學(xué)課，他拿到了一個(gè)研究生很少拿到的C。知恥而后勇，一年時(shí)間，徐犖愚讀了18本流體力學(xué)書(shū)，終于在最后一個(gè)學(xué)季拿到了A?！?0年后的今天，我還可以教本科生的流體力學(xué)?！痹鷮?shí)的基本功成為徐犖愚從事多種多樣的科研、開(kāi)辟科研事業(yè)的利器。

“每1000個(gè)加州理工畢業(yè)生中，就有一個(gè)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。這是一個(gè)難以超越的世界紀(jì)錄?！毙鞝斡薷锌溃罢羌又堇砉O為強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)教育和研究，才培養(yǎng)出世界上最頂尖的科技人才。所以‘學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕！依然是對(duì)中國(guó)科技強(qiáng)國(guó)的警世箴言?！?/p>

盡管在教育上，中國(guó)仍在不斷探索最優(yōu)的路徑;盡管在外部環(huán)境上，中國(guó)正面臨新一輪強(qiáng)勢(shì)的打壓……但在徐犖愚看來(lái)，這些都無(wú)法阻止中國(guó)邁向科技強(qiáng)國(guó)的腳步?！拔沂且粋€(gè)很勤奮的人，工作時(shí)間經(jīng)常是996，我對(duì)研究生的要求也是誠(chéng)實(shí)且勤奮。在美國(guó)許多研究型大學(xué)里，周末還在做科研的絕大多數(shù)是中國(guó)學(xué)生。這也是美國(guó)教授專招中國(guó)學(xué)生的主要原因之一。我深信具有良好基礎(chǔ)教育而勤勞的中國(guó)人，是中華民族復(fù)興的重要希望！”

“兩岸猿聲啼不住，輕舟已過(guò)萬(wàn)重山！”這是在談起某些西方勢(shì)力對(duì)中國(guó)打壓時(shí)，徐犖愚曾引用的詩(shī)句。如今他這葉輕舟也已越過(guò)太平洋，駛?cè)胱鎳?guó)復(fù)興的航道中。徐犖愚深知，他在親歷一場(chǎng)偉大的變革，每一個(gè)人每天微不足道的貢獻(xiàn)，很有可能在合力塑造一部偉大的歷史。但相比于那個(gè)偉大的夢(mèng)想，他還是更愿意把注意力落在腳下的每一步上——繼續(xù)探索新的裂紋，與眾人合力愈合它們。這就像他的科研追求——打牢基礎(chǔ)，扎實(shí)地走好每一步，水到自然渠成。

專家簡(jiǎn)介

徐犖愚教授于美國(guó)加州理工學(xué)院獲航空與材料科學(xué)博士，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）會(huì)士，美國(guó)海軍科研局（ONR）杰出青年學(xué)者，實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域知名專家，曾任ASME斷裂與破壞力學(xué)委員會(huì)主席，現(xiàn)任國(guó)際主流力學(xué)期刊SEM《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》副主編，寧波大學(xué)國(guó)家一流建設(shè)學(xué)科力學(xué)領(lǐng)軍人才?；貒?guó)前，徐犖愚曾為新墨西哥大學(xué)教授，主持過(guò)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、海/陸/空軍科研局等研究項(xiàng)目10項(xiàng)。研究領(lǐng)域包括復(fù)合材料、斷裂力學(xué)、沖擊動(dòng)力學(xué)和先進(jìn)結(jié)構(gòu)/材料設(shè)計(jì)（航空/航天、船舶、防彈應(yīng)用）。首創(chuàng)的復(fù)合材料海水腐蝕/沖擊/壓縮實(shí)驗(yàn)為新式軍艦?zāi)途眯蕴峁┝丝茖W(xué)依據(jù)。界面動(dòng)態(tài)斷裂準(zhǔn)則和測(cè)量界面強(qiáng)度的新方法被多國(guó)學(xué)者用于不同的領(lǐng)域，如分析地球斷層帶和3D打印材料的沖擊損傷。