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国际大师推崇的一流学者

 

::朱位秋,1938年生,浙江义乌人,1961年毕业于西北工业大学工程力学专业,1964年西北工业大学非线性振动专业研究生毕业。力学专家,中科院院士。现任浙江大学力学系教授,博士生导师,应用力学研究所所长。主要从事非线性随机动力学与控制研究,在国际上首次提出与发展了随机激励的耗散的哈密顿系统理论,创建了一个非线性随机动力学与控制的哈密顿理论体系,为解决科学与工程中多自由度强非线性系统的随机动力学与控制问题提供了一套全新而有效的理论方法。2002年获国家自然科学奖二等奖。


 


 

 

::1984年7月,美国科学院院士、美国工程院院士、随机振动学科的奠基人、美国麻省理工学院斯蒂芬·克兰德尔(S.H.Crandall)教授给浙江大学力学系主任来信,信中是对该校一位青年学者在他的指导下学习和工作一年零九个月的学术评价,称道:“这位杰出的年轻人显然是头等的学者,并有潜在能力成为一位带头的教授与科学研究者”。2003年11月30日,这位学者荣升中国科学院院士,证明了20年前克兰德尔教授预言的正确。
::他就是西北工业大学校友、随机动力学与控制专家,中科院院士朱位秋。
::在学立下鸿鹄志
::1938年金秋时节,一个小生命降生于浙江省义乌陇头朱东塘角村一户世代农家,其祖母企盼小生命长大后像金秋的田野一样硕果累累,于是起名“位秋”。小位秋7岁那年,母亲染上疫病永远离亲人远去,父亲常外出做鱼苗生意,他在祖母关爱下读完了陇头朱中心小学,成绩优秀。1951年春,朱位秋考入义乌中学。由于朱位秋勤奋好学,成绩名列全年级的前列,提前半年毕业,并以优异成绩于1953年秋考入杭州高级中学。
::陇头朱靠近浙赣铁路边沿,朱位秋从小看到过那乌龙般的长长列车。进入小学后,他憧憬长大后当一名火车司机。进入初中后,全国正兴起学习苏联的热潮,得知祖国建设正需要大量工程技术人员,于是他的目标瞄准了工程师。1956年,新中国提出了“向科学进军”的口号,在杭高就读的朱位秋胸中萌生了当一位科学家的美好理想。于是他更加努力学习,特别重视数理化的学习。
::杭州高级中学是浙江省的一所历史名校,有许多青年学生企盼进入该校学习,经过严格筛选而进入杭州高级中学的学生,都是学业、品行兼优的学生。它培养出过许多知名人士、院士、教授等高级专门人才。朱位秋心怀理想,刻苦学习,到毕业时,每门功课都得了5分(全优),并以优异的成绩考入了华东航空学院。就在他入学那年,华东航空学院西迁到西安改为西安航空学院,一年后与西北工学院合并,组建成西北工业大学。
::在大学里,朱位秋善于把握时间,喜欢与种种难题结缘。因此,他钻研难题的决心越来越大,不仅学习的成绩越来越好,头两年名列全班第一名,而且社会工作能力也大大提高。从大一下半年开始,他被选为班长,利用一切课余时间为同学服务。在学习上尽心帮助困难同学;在工作上带头干重活、脏活。因此,他于1958年被推选为校社会主义建设积极分子。
::1958年秋,西北工业大学新办工程力学班,在全校抽调60名优秀生去工程力学班学习,朱位秋名列其中,还担任了团支部书记。1960年,朱位秋加入了中国共产党,挂上了西北工业大学红底金字的校徽,当上了政治干部兼班主任。在劳累工作之余,他坚持自学与听课,参加考试,成绩优秀。1961年他如愿考上了我国力学与航空界老前辈季文美教授的研究生,从事非线性振动研究。

 

::2000年5月西北工业大学名誉校长季文美教授(中)访问
::杭州期间与他的学生朱位秋(右一)及夫人在宾馆合影。

::当时,大多数研究生还只是满足于完成课程和科研任务,但朱位秋和同学们不同,他的目光已经投向了更广阔更前沿的领域。在那个没有网络的年代,图书馆、书店成了他了解国际学术动态的最佳途径。当时,国内已经引进了相当数量国外学者的学术专著,朱位秋沉浸其中,新的学术方向在哪里?自己的研究道路要怎么走?阅读、思考、规划,占据了他所有的课余时间。
::1964年,朱位秋在西工大书店偶然发现了一本英文版《机械系统的随机振动》。这一次偶然,对他其后半个世纪的漫漫学术路产生了重大影响,将朱位秋引入了国际应用力学的前沿领域,也促成了他与该书作者克兰德尔教授的合作。
::这本书出版于1963年,作者Stephen H.Crandall是美国麻省理工学院教授、国际应用力学大师,克兰德尔教授在他的这本著作中对线性系统的随机振动作了比较系统的介绍。当时,随机振动作为一门新兴学科在国际学术舞台上出现还不到十年,国内学者的研究还都集中在确定性的振动理论。这是一个陌生的概念,是一扇通往新天地的大门,随机振动的快速发展趋势和广阔的应用前景都让朱位秋激动不已,随机振动的研究中尚未解决的大量的理论难题更是催生了他投身该领域研究的志向。用朱位秋自己的话说,他就是喜欢做“新的东西,难的东西,尤其是别人做不了,我能做的东西”。
::聪明才智让国外同行刮目相看
::改革开放后,国家政策放宽,朱位秋开始与美国克兰德尔教授通信,并受到这位学术权威的邀请。1981年2月,他以访问学者的身份来到美国威斯康辛大学工程力学系,半年后转到麻省理工学院(MIT)机械系,师从克兰德尔教授,在声学与振动实验室工作,真正开始了攻坚随机振动难题、冲击这座理论高峰的壮举。
::随机振动是自然界、工程及社会中普遍存在的现象。飞机起飞、火箭发射的噪声引发飞机与火箭表面结构的振动,地震、台风引发建筑物的振动,道路不平、海浪迫使车船的振动,传输电路中负载的变化带来的波动,生物机体中生物电流的振动,经济、金融市场的随机振荡,等等,可说随机振动无处不在,难以预测。面对这一难题,科学家们奉献毕生的精力寻找计算、预测的方法。经过多年的努力,科学家们用概率与统计的方法得到近似解,但计算十分繁杂。面对悬于科学家心头的难题,朱位秋毫不犹豫地选择攻坚。提起当年在麻省理工学院的生活,朱位秋感慨良多。那时候,一碗牛奶泡饭,就是朱位秋清贫生活艰苦研究中最大的享受。当年,国家还不富裕,在美访问的中国学者大都生活拮据,两个纸箱搭块木板就成了熬更守夜的工作台,吃饭更是自己动手,好吃的、营养高的食物买不起,朱位秋就盯上了牛奶,因为美国牛奶便宜且有营养,牛奶泡饭特别抗饥耐饿,就成了他最喜欢的食物。
::生活艰苦,工作上更不轻松。起初,麻省理工学院的教授很骄傲,压根看不起来自发展中国家的访问学者,初到MIT,克兰德尔教授就交给朱位秋一个难题:研究宽带随机激励下方板的随机振动。成千上万个模态,大量的重频,分布不规则,算均方响应很难,导师长期以来一直采用模态叠加的办法,十分繁琐,他和他的合作者们也一直没有找到更好的解决办法,于是让朱位秋试试看。让导师没想到的是,朱位秋只用了两个多月,就引入数论的方法非常巧妙地解决了问题,推导了一个非常简洁的渐近估计公式,把得出的结果与计算机模拟的结果对比,相当准确!朱位秋交出的超乎想象的漂亮答卷折服了骄傲的美国教授,克兰德尔对朱位秋的看法彻底改变了,他盛赞这个来自落后的中国的年轻学者是“世界一流的研究者”。

1982年朱位秋在MIT访问期间在办公室阅读专著。


::“麻省理工学院的教授虽然骄傲,但是, 只要你做出好的东西来,他还是认可的。”朱院士语气平和地说。
::从那以后,克兰德尔教授对朱位秋非常赏识。1982年,美国机械工程师学会会刊、也是国际应用力学界最有影响力的期刊ASME Journal of Applied Mechanics为庆祝即将到来的创刊50周年,特邀当时国际应用力学领域最权威最知名的30来位力学家撰写综述,克兰德尔自然名列其中,负责“随机振动”的综述。克兰德尔让朱位秋起草这篇综述,朱位秋用3个月时间完成了起草工作,而导师几乎完全采用了他的观点。克兰德尔和朱位秋合写的这篇随机振动综述最终发表在1983年该杂志50周年纪念特刊上,影响很大,很多年轻人因为读了这篇文章而开始了对随机振动的研究。值得一提的是,这本特刊所有作者中只有三位华人,其中两位都是美籍华人、美国院士,一位是鲍亦兴先生,一位是生物力学创始人、被誉为“生物力学之父”的冯元桢,第三位华人就是朱位秋。
::朱院士还提到在麻省理工学院访问期间的另一段经历。“1982年在东德的法兰克福召开IUTAM(国际理论和应用力学联合会)关于随机振动与可靠性的讨论会,本来没有邀请我,我主动申请跟克兰德尔教授一起去. 会上英国J. B. Roberts教授做了关于一个外激励下的单自由度强非线性系统的能量包线随机平均法的报告,他从物理概念出发推导平均方程,报告完后我起来发言,我已经找到一个数学根据,就是Khasminski的一个定理,而且我们不光可以做外激的情况,还可以做参数激励与混合激励情况。会议休息的时候,会议主席就找到我,邀请我在第二天在会议上报告一下刚才提到的内容. 我这个报告引起了很不错的反响,后来发表的这篇文章也得到了很多引用,美国R. A. Ibrahim教授写的专著<<参激随机振动>>有一整节引用了我的工作. 从此以后,每次开随机振动方面的IUTAM研讨会,都会邀请我。”
::创建“哈密顿”理论体系
::朱位秋回国后,继续进行随机振动的研究,得到了Gauss(高斯)白噪声激励下单、多自由度非线性系统最为一般的能量等分精确平稳解;指出了Gauss白噪声激励下单自由度强非线性系统能量包线随机平均法的数学理论依据,将该法推广为一般情形,并首先应用于滞迟系统的随机响应分析与可靠性估计等;提出了Gauss白噪声激励下单自由度强非线性系统的等效非线性系统法;提出了随机载荷作用下具有随机疲劳强度的结构的疲劳损伤累积与疲劳裂纹扩展理论,给出了随机疲劳问题的圆满解答:将标量随机场的局部平均理论推广于矢量随机场,提出了基于矢量随机场局部平均理论的随机有限元方法。撰写了《随机振动》专著,概括了国际上包括他本人的直至20世纪90年代初随机振动理论的精华,于1992年12月由科学出版社出版。该书被美国工程院院士、随机结构动力学宗师Y.K.Lin(林幼堃)教授誉为“现今欧、美、日各国无类似专著可以比拟”,被国内外同行专家引用几百次,成为国内随机振动领域最有影响的著作。此后,他将目光放得更加高远,准备着更大的突破。
::朱位秋(右一)在MIT访问期间与合作导师S.H..Crandall
::教授(右二)及MIT工学院院长(左二)共进午餐
::1989年10月至1992年6月,朱位秋再次受聘去美国从事研究。自20世纪90年代初以来,朱位秋选择了世界上60余年无人问津的非线性随机振动系统能量非等分精确平稳解的难题。回国后,他继续抓住这个难题不放,经过无数个日日夜夜的苦思冥想和演绎推导,终于首创性地提出将非线性随机动力学的研究从Lagrange(拉格朗日)体系转到Hamilton(哈密顿)体系,将非线性随机动力学系统表示成随机激励的耗散的Hamilton系统,按相应Hamilton系统的可积性与共振性,将系统分成不可积、可积非共振、可积共振、部分可积非共振、部分可积共振五类,在国际上首次提出与发展了随机激励的耗散的Hamilton系统理论。得到了四类能量非等分精确平稳解,打破了60多年来只有能量等分精确平稳解的局面,纠正了法国学者C.Soize关于陀螺力为广义外力,它不影响精确平稳解的不正确结论;同时还提出与发展了等效非线性系统法、拟Hamilton系统随机平均法、研究随机稳定性与随机分叉及首先穿越故障概率和首次穿越时间概率密度及各阶矩的方法等。
::1996年7月到1996年12月,朱位秋以研究教授的身份去纽约州立大学布法罗分校土木系从事学术研究,已从事线性控制研究20余年的控制理论权威T.T.Soong教授出了一个大难题——非线性随机控制理论研究。面对这块“非线性随机控制”的处女地,朱位秋阅读了许多控制理论的书籍与文献,最后在睡梦中想出了自己研究的成果随机平均法与随机动态规划法相结合进行控制的办法。回国后,他继续冥思苦想,走路在想,吃饭在想,爬山在想,睡觉也想……终于提出了非线性随机最优控制理论的四套方法,即提出和发展了以响应最小为目标的非线性随机最优主动与半主动控制、以最大Lyapunov指数最小为目标的反馈稳定化、以可靠度最大或平均首次穿越时间最长为目标的故障概率最小化控制,以给定平稳概率密度为目标的非线性随机最优控制理论方法。为将上诉理论方法应用于实际,又提出与发展了部分可观测非线性随机系统的非线性随机最优控制,不确定非线性随机系统的非线性随机最优控制(极大极小控制与概率加权控制),随机最优有界控制及随机最优时滞控制等控制策略。从而系统全面地解决了T.T.Soong教授提出的“发展非线性随机最优控制理论方法”的难题。
::正处人生之秋的朱位秋,经过30余年的坚忍不拔的攻关研究,所取得的原创性的研究成果构成了一个崭新的非线性随机动力学与控制的Hanilton理论体系,为解决科学与工程中一系列极其困难的非线性随机动力学与控制关键问题提供了一整套全新而有效的理论方法。这些理论方法已被应用于地震激励下高层建筑与斜拉桥的动力学分析与控制研究,控制效果与效率均优于线性控制。他提出的随机平均法,被应用于生物群体动力学,得到了比德国洪堡大学物理研究所Ebeling教授等更好的结果,还被应用于化学反应速率的研究,得到比Cramer更好的结果,还被应用于DNA热变性的研究等。2002年,朱位秋已正凭借自己的“随机激励的耗散的哈密尔顿系统理论”,荣获国家自然科学奖二等奖。
::一分耕耘,一分收获。专选难题、勇挑重担、敢于攻坚、善于创新的朱位秋,勤于笔耕,硕果累累。继《随机振动》专著出版后,于2003年2月又由科学出版社出版了专著《非线性随机动力学与控制-Hamilton理论体系框架》,Y.K.Lin教授在序言中称“实属学术上重要贡献。书中理论之发展,以统一的哈密顿框架为基础,乃朱位秋教授之首创,尤属独特可贵。”西工大博士生导师、随机振动专家方同教授在书评中称,该书“反映了这一领域中当代的最新成就,可谓非线性随机动力学发展过程中的一个新的里程碑。”迄今,朱位秋发表SCI收录学术论文200多篇,他的主要研究成果发表在ASME Journal of Applied Mechanic, International Journal of Non-Linear Mechanics, Journal of Sound and Vibration, Nonlinear Dynamics, Automatica等著名期刊上。他的论著学术性很强,被国际著名学者广为引用,共计引用达2000余次,可见其学术成果含金量之高!
::作为会议主席,朱位秋于2003年在杭州主持召开了第五届随机结构动力学国际会议,于2010年在杭州主持召开了IUTAM关于非线性随机动力学与控制讨论会,同时主持召开了第三届动力学、振动及控制国际会议, 主编了俩部国际会议论文集。今天,他还是国际非线性力学等6个SCI收录学术期刊的编委。


2003年朱位秋(中)主持召开第五届国际随机结构
动力学会议期间与Y.K.Lin教授(左一)在会场讨论


::朱位秋之所以能达到目前这个高度,除了他对随机振动有兴趣以外就是对研究的执着。“我建议人们追求有限的目标,不要什么都想尝试,否则很难做深做透。所以我不会换来换去,因为一个人的精力、时间是有限的,广而不精反而做不出原始创新的成果。”朱位秋以身作则完美诠释了专注是成功的重要因素。
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::
::(徐澄 整理)

 

 

 

 

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