孫玉鑫：心之所向無悔科研

范燕燕

物體間是怎樣相互作用的？小鳥是怎樣飛上天空的……人類似乎從誕生開始就沒有停止過對(duì)于這個(gè)世界的追索。從對(duì)物質(zhì)起源的探索到各種發(fā)明的誕生，那些天馬行空的想象似乎都在慢慢成為現(xiàn)實(shí)。思想好比火星，一顆火星會(huì)點(diǎn)燃另一顆火星，而科研工作者就是把這些火星匯聚成光的人。

“我要把人生變成科學(xué)的夢(mèng)，然后再把夢(mèng)變成現(xiàn)實(shí)。”正如居里夫人所吐露的心聲，北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院的孫玉鑫副教授在科研的世界里一直在探索，前行……作為一名女科學(xué)家，她用女性的細(xì)膩攻克著一個(gè)個(gè)科研難題，從未想要放棄。沉浸于“固體力學(xué)”之美

學(xué)問必須合乎自己的興趣，方才可以得益。其實(shí)，從高中開始，孫玉鑫就對(duì)物理、數(shù)學(xué)等理科類的學(xué)科有著濃厚的興趣。所以，在考大學(xué)報(bào)專業(yè)的時(shí)候也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)剡x擇了自己比較熟悉的力學(xué)方向，從本科到博士，她在“流體力學(xué)”和“固體力學(xué)”兩個(gè)方面都進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，最終明確了“固體力學(xué)”這一研究方向。也許多數(shù)人認(rèn)為從事像“固體力學(xué)”這樣理科類的研究很枯燥乏味，但對(duì)于孫玉鑫來說，固體力學(xué)之美就在于它能把完美和諧的數(shù)學(xué)知識(shí)變成為社會(huì)服務(wù)的生產(chǎn)力，它的美是內(nèi)斂的、無形的，是值得深入挖掘研究的，抱著這樣的想法從事科研，哪怕再苦再難，她都樂在其中。

近年來，她和團(tuán)隊(duì)所致力的“疊層復(fù)合材料微諧振器”的熱彈性耦合問題和瞬間熱沖擊問題的研究就將“固體力學(xué)”的理論和實(shí)用之美發(fā)揮得淋漓盡致。

眾所周知，微觀諧振器廣泛應(yīng)用于各種傳感器、調(diào)節(jié)器、通訊設(shè)備和微觀機(jī)械測(cè)試設(shè)備中，具有靈敏度高、反應(yīng)快的特點(diǎn)，是微機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成單元。但是就目前的情況而言，微諧振器的性能還有很大的提升空間。而想要改變這一切，充分研究熱彈性耦合的影響對(duì)于微諧振器的設(shè)計(jì)和制作是基本而必要的。基于這個(gè)方面，孫玉鑫和她的團(tuán)隊(duì)成員一起做了許多深入的探索與研究。

科研是一個(gè)不斷探索不斷發(fā)現(xiàn)的過程，這個(gè)過程對(duì)于孫玉鑫來說是美妙的。目前關(guān)于微諧振器的熱彈性耦合問題的研究大多考慮單一材料制成的諧振器。但是，在微機(jī)電系統(tǒng)中也大量使用疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的諧振器和有納米金屬薄層覆蓋的諧振器，因此，擴(kuò)大對(duì)微觀諧振器的分析范圍也是很有必要的。而想要對(duì)微觀諧振器進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究，必要的激光技術(shù)輔助起了很大的作用。而孫玉鑫及其團(tuán)隊(duì)伙伴所研究的“疊層復(fù)合材料微諧振器的瞬間熱沖擊問題”就是將研究的目標(biāo)聚焦在超短激光脈沖作用下兩種典型疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱彈性耦合行為與特性上，獲得了一系列具有創(chuàng)新性的成果。

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”這就話用在孫玉鑫身上，最合適不過了。在對(duì)多層微諧振器的短脈沖激光熱沖擊問題的探索中，孫玉鑫和她的伙伴們擴(kuò)展研究了三種即微米梁結(jié)構(gòu)、圓柱形結(jié)構(gòu)、圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的疊層諧振器。尤其是在對(duì)梁形諧振器的研究中，孫玉鑫和她的伙伴們同時(shí)考慮了沿厚度和長(zhǎng)度方向的熱量傳播，并采用二維熱傳導(dǎo)模型，來更好的揭示尺寸效應(yīng)的影響。這對(duì)于先前的研究來說，可以稱得上是一個(gè)很大的突破。

隨著探索越加深入，孫玉鑫繼續(xù)攀爬科研高峰的愿望越是強(qiáng)烈。在含有納米覆蓋層的微梁諧振器的短脈沖激光熱沖擊問題中，她和她的團(tuán)隊(duì)成員們將分子動(dòng)力學(xué)模擬與有限元法相結(jié)合了起來，在合理考慮金屬薄膜超快熱沖擊物理機(jī)制的前提下，模擬金屬與非金屬構(gòu)成的疊層微諧振器的短脈沖激光加熱問題，從而為多材料組分的疊層復(fù)合材料的熱彈性耦合問題的研究提供了一種有效的數(shù)值分析工具。在2010年，這個(gè)項(xiàng)目也成功申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目。借助這一項(xiàng)目，孫玉鑫及其團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域的探索得到了延伸和拓展。

對(duì)于孫玉鑫來說，科學(xué)研究就像是一趟神奇之旅，能把枯燥乏味的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯衿娴哪芰俊Ｔ谶@條奇妙的探索之路上前行著，她感到無比自豪。

用科研為飛機(jī)安全護(hù)航

作為一名科研人，孫玉鑫孜孜不倦、努力前行。同時(shí)，作為一名北航人，孫玉鑫和她的同事們始終秉持著一種情懷：要用精湛的專業(yè)知識(shí)為我國(guó)的航空航天事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

眾所周知，21世紀(jì)以來，飛機(jī)逐漸成為了人們出行的交通工具首選。不管是飛躍南北，還是步入遙遠(yuǎn)的異國(guó)他鄉(xiāng)，它總是能在最短的時(shí)間內(nèi)給與我們最大的便利。但是，我們?cè)谙硎苤w機(jī)帶來的快捷的同時(shí)，也不得不警醒飛機(jī)所帶來的各種事故傷害。盡管根據(jù)一次次的全球統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)的事故率相對(duì)來說的確是最低的，但一旦你上了一架要出事的飛機(jī)，生還的可能性往往近乎于零，MH370就是一個(gè)血淋淋的事實(shí)。

據(jù)悉，大約有35%的事故發(fā)生在飛機(jī)起飛階段，將近60%的事故發(fā)生在降落階段。原因就在起飛和降落這兩個(gè)過程跟平飛相比，故障發(fā)生時(shí)留給駕駛員的判斷時(shí)間極短，高度極低，各種氣象或地理的不利因素也集中在這兩個(gè)階段并對(duì)飛機(jī)的影響比較明顯，各種因素綜合在一起也容易干擾飛行員的判斷。

這一問題，引起了孫玉鑫的強(qiáng)烈關(guān)注，一種強(qiáng)烈的責(zé)任感迫使她要為此做些什么。于是，在她和團(tuán)隊(duì)的研究中就對(duì)飛機(jī)降落時(shí)的跑道攔阻系統(tǒng)的相關(guān)材料進(jìn)行了有效的改進(jìn)。目前，國(guó)際航空所通用的材料是一種泡沫混凝土。它的特性是比較柔軟，飛機(jī)在滑翔的過程中就像跑在了泥漿里，很容易就會(huì)把這種材料壓壞從而產(chǎn)生阻力使飛機(jī)安全停止下來。但是這種材料在飛機(jī)的降落過程中很容易激起很大的灰塵，而灰塵如果跑到飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)里，就會(huì)進(jìn)而產(chǎn)生一些其它的危險(xiǎn)，所以尋找到一種安全可靠的飛機(jī)跑道材料對(duì)飛機(jī)的安全降落是很有必要的。

在孫玉鑫和她團(tuán)隊(duì)成員的研究中就提出了一種泡沫蜂窩材料，這種材料結(jié)構(gòu)在破碎的時(shí)候不會(huì)粉粹成灰塵，所以就避免了對(duì)飛機(jī)的二次污染和破壞。確定材料之后，孫玉鑫和自己的團(tuán)隊(duì)成員共同協(xié)作研究了蜂窩材料的能量吸收機(jī)制，并建立了機(jī)輪一蜂窩材料耦合作用力學(xué)模型。同時(shí)針對(duì)飛機(jī)多剛體動(dòng)力學(xué)模型的五個(gè)自由度，把兩者成功結(jié)合，通過MATLAB編程，完成了對(duì)B737-900ER飛機(jī)的攔停仿真計(jì)算。證實(shí)了與傳統(tǒng)攔阻系統(tǒng)相比，蜂窩材料攔阻性能顯得更優(yōu)越。在保證乘客安全和飛機(jī)結(jié)構(gòu)不受損傷的承載范圍內(nèi)，攔停距離更短，攔停時(shí)間更短。

科研的道路永遠(yuǎn)都是無止境的。為了攔阻不同大小和重量的飛機(jī)，他們又進(jìn)一步提出了一種高分子聚合物材料來作為一種新的飛機(jī)跑道攔阻材料。孫玉鑫和她的伙伴們通過對(duì)EMAS結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，令其鋪墊的飛機(jī)跑道的厚度線性增加，并分析了初始高度，傾斜角，材料強(qiáng)度等幾種參數(shù)的影響。然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得特定的升阻比和最小的貫穿深度。相信研究完成后必定會(huì)對(duì)未來飛機(jī)跑道的安全性做出巨大的貢獻(xiàn)。

除此之外，為了提高飛機(jī)等交通工具的安全防護(hù)，孫玉鑫和其團(tuán)隊(duì)提出了“對(duì)仿生自適應(yīng)多級(jí)能量吸收裝置的理論及應(yīng)用的研究”。在研究中，他們提出了貓科動(dòng)物高空跳躍抗沖撞的肢體理論模型，并著手研究了骨骼一肌肉構(gòu)造與抗沖擊能力之間的關(guān)系，以此來揭示高效緩沖的機(jī)理，發(fā)展具有優(yōu)異抗沖撞特性的仿生學(xué)元件。可以肯定的是，此項(xiàng)研究為探索具有仿生特性的緩沖吸能高效新概念著陸器，為未來飛行器耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)成功奠定了基礎(chǔ)。研究成果出來之后，不僅可應(yīng)用于飛行器、汽車、高速火車等交通工具的能量吸收裝置，還可用作軍事工程和土木工程、核反應(yīng)堆、石油鉆井平臺(tái)等的抗震防爆設(shè)施，避免或減輕因突發(fā)災(zāi)害和偶然事故所導(dǎo)致的災(zāi)難性后果。

科研的意義是什么？也許每個(gè)人對(duì)它的理解都不同。有些人認(rèn)為它枯燥乏味，但是有些人卻沉醉于它的簡(jiǎn)單純粹。對(duì)于孫玉鑫來說，做科研需要無限的熱情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和持之以恒的精神，因?yàn)檫@是她無悔的選擇，更是她值得傾注于一生的事業(yè)。