《振動力學(xué)——研究性教程》評介

陳立群

(上海大學(xué)力學(xué)和工程科學(xué)學(xué)院力學(xué)系，上海200444)

振動力學(xué)不僅是力學(xué)專業(yè)本科生主干專業(yè)課，也是機(jī)械、土木、航空、航天等專業(yè)本科生和研究生的重要課程，其名稱被具體化為機(jī)械振動或結(jié)構(gòu)動力學(xué)。盡管國內(nèi)外振動力學(xué)、機(jī)械振動、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等相關(guān)教材已經(jīng)汗牛充棟，但缺乏幫助讀者對振動力學(xué)的最基礎(chǔ)性知識——確定性線性振動進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)的合適教材。有感于此，胡海巖教授撰寫了研究性教程《振動力學(xué)——研究性教程》[1]，“以若干研究案例和科學(xué)問題作為教程的開篇，引導(dǎo)讀者開展以問題為導(dǎo)向的研究型學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中提高認(rèn)知水平，實(shí)現(xiàn)對振動力學(xué)認(rèn)知過程的螺旋式上升?！盵1]

該書共分7章，另加一個附錄。前兩章為準(zhǔn)備性工作。第一章從6個研究案例中提煉出12個科學(xué)問題。第二章從科學(xué)美的角度歸納總結(jié)振動力學(xué)的基礎(chǔ)性知識。隨后5章是專題內(nèi)容，研究了前面提出的12個問題。第三章研究振動系統(tǒng)建模中的離散化、半個自由度問題和結(jié)構(gòu)阻尼。第四章研究離散系統(tǒng)的非完整約束振動、固有振型節(jié)點(diǎn)數(shù)、反共振和結(jié)構(gòu)動態(tài)修改。第五章研究一維連續(xù)體的固有振動，包括繩擺的固有振動、桿和梁固有振動的對偶性。第六章研究鏡像對稱結(jié)構(gòu)和循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的固有振動，特別是其重頻問題。第七章研究一維結(jié)構(gòu)的波動和振動，包括桿的非頻散波動、頻散波動和沖擊響應(yīng)，以及梁的振動和波動。附錄則概述三維彈性波理論。作者希望，“幫助讀者探索一種研究型學(xué)習(xí)的途徑：通過若干研究案例，產(chǎn)生對相關(guān)科學(xué)問題的興趣，帶著學(xué)術(shù)興趣思考和研究這些問題，在此過程中，深化理論基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)研究方法?！盵1]

作者胡海巖教授長期從事動力學(xué)、振動和控制的學(xué)術(shù)研究，在振動控制系統(tǒng)的非線性動力學(xué)、飛行器非線性隔振技術(shù)等方面做出同行公認(rèn)的重要貢獻(xiàn)。他長期從事力學(xué)教學(xué)和人才培養(yǎng)，出版本科生振動力學(xué)基礎(chǔ)教材[2-3]和研究生非線性動力學(xué)教材[4]，培育了一批優(yōu)秀人才。他對力學(xué)教育也有系統(tǒng)深入的思考[5-6]，對工程科學(xué)教育尤其是振動學(xué)中的美育有獨(dú)到的見解[7-8]。正是這些研究和教學(xué)中的長期積累，使作者的新著具有其他振動教材所不具備的若干突出特點(diǎn)。

該書體現(xiàn)了教學(xué)和科研的融合。用通?；A(chǔ)性教材所述線性振動基礎(chǔ)知識分析解決工程中的科學(xué)問題，用科研的實(shí)例豐富提升教學(xué)內(nèi)容以反哺教學(xué)。該書事實(shí)上融專著與教材為一體。作為專著，后5章內(nèi)容都是作者長期研究的結(jié)果，包括已經(jīng)發(fā)表的工作，每節(jié)大體上是篇論文，從研究背景到最后得出結(jié)論，展示了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的全過程；前兩章對基礎(chǔ)性內(nèi)容的總結(jié)歸納也有作者獨(dú)到的處理方式。作為教材，全書的推導(dǎo)都很詳細(xì)；提示和討論富有啟發(fā)性；全書總體上覆蓋了線性振動的主要內(nèi)容，有邏輯性和系統(tǒng)性；每章后附有思考題和閱讀文獻(xiàn)，幫助讀者深入思考和理解相關(guān)內(nèi)容。因此，該書既是教材化的專著，也是專著化的教材。

該書也體現(xiàn)了工程和科學(xué)的統(tǒng)一。開篇作者基于自己長期從事研究工作的經(jīng)驗(yàn)和體會，從繩系衛(wèi)星初步論證、汽車液壓與彈性隔振、結(jié)構(gòu)動力消振、太陽能帆板瞬態(tài)響應(yīng)等實(shí)際工程問題中，提煉出連續(xù)系統(tǒng)離散化條件、自由度退化振動系統(tǒng)的縮并與分析、固有振型節(jié)點(diǎn)數(shù)目、波動和沖擊響應(yīng)的模態(tài)分析等科學(xué)問題。后面5章分析這些科學(xué)問題，發(fā)展相應(yīng)的理論和方法，并指導(dǎo)工程問題的解決。這種工程與科學(xué)的密切關(guān)系，體現(xiàn)了力學(xué)既是基礎(chǔ)科學(xué)又是技術(shù)科學(xué)的獨(dú)特魅力。

該書還體現(xiàn)了繼承與創(chuàng)新的互補(bǔ)。不論是從內(nèi)容闡述還是文獻(xiàn)注記看，作者對振動力學(xué)及其相關(guān)的數(shù)學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)均有深入理解和掌握。在此基礎(chǔ)上，又有所創(chuàng)新。既有指出和論證前人結(jié)論的欠妥之處，如固有振型節(jié)點(diǎn)數(shù)目和反共振機(jī)理；也有若干獨(dú)創(chuàng)性的新見解，如桿和梁的對偶分析、桿和梁與剛體壁的碰撞沖擊、對稱結(jié)構(gòu)的重頻模態(tài)特征等。這給學(xué)生的研究型學(xué)習(xí)做出了示范。學(xué)習(xí)需要獨(dú)立思考，教材和文獻(xiàn)上的內(nèi)容未必完全正確；創(chuàng)新要在掌握已有知識基礎(chǔ)上進(jìn)行，并非是罔顧他人工作的異想天開。

該書在出版前曾以預(yù)印本的形式在同行中交流，受到廣泛認(rèn)可和高度評價，被譽(yù)為是有深度、有啟發(fā)性的精品教材，也是有新意、有可讀性的優(yōu)秀專著。該書既是教育部高等學(xué)校力學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會的推薦教材，也是航空宇航科學(xué)與技術(shù)教材出版工程普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材。該書堪稱研究性教材的范例，不僅有助于學(xué)生學(xué)習(xí)振動力學(xué)的研究方法和提升對振動力學(xué)的認(rèn)知水平，也有助于教師和相關(guān)工程技術(shù)人員從更高的觀點(diǎn)和更廣的視野研究振動力學(xué)，梳理振動力學(xué)的知識體系，改進(jìn)振動力學(xué)的研究方法。此外，該書是從教材角度助力研究型學(xué)習(xí)的成功嘗試，對其他力學(xué)和相關(guān)學(xué)科分支的教學(xué)改革和教材建設(shè)也有啟發(fā)。為擴(kuò)大該書的受益面，增加中國力學(xué)教育的國際影響力，希望能早日看到該書國際發(fā)行的英文版。