《振動力學——研究性教程》評介

陳立群

(上海大學力學和工程科學學院力學系，上海200444)

振動力學不僅是力學專業本科生主干專業課，也是機械、土木、航空、航天等專業本科生和研究生的重要課程，其名稱被具體化為機械振動或結構動力學。盡管國內外振動力學、機械振動、結構動力學等相關教材已經汗牛充棟，但缺乏幫助讀者對振動力學的最基礎性知識——確定性線性振動進行研究型學習的合適教材。有感于此，胡海巖教授撰寫了研究性教程《振動力學——研究性教程》[1]，“以若干研究案例和科學問題作為教程的開篇，引導讀者開展以問題為導向的研究型學習，在學習和實踐中提高認知水平，實現對振動力學認知過程的螺旋式上升。”[1]

該書共分7章，另加一個附錄。前兩章為準備性工作。第一章從6個研究案例中提煉出12個科學問題。第二章從科學美的角度歸納總結振動力學的基礎性知識。隨后5章是專題內容，研究了前面提出的12個問題。第三章研究振動系統建模中的離散化、半個自由度問題和結構阻尼。第四章研究離散系統的非完整約束振動、固有振型節點數、反共振和結構動態修改。第五章研究一維連續體的固有振動，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構和循環對稱結構的固有振動，特別是其重頻問題。第七章研究一維結構的波動和振動，包括桿的非頻散波動、頻散波動和沖擊響應，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習的途徑：通過若干研究案例，產生對相關科學問題的興趣，帶著學術興趣思考和研究這些問題，在此過程中，深化理論基礎，學習研究方法。”[1]

作者胡海巖教授長期從事動力學、振動和控制的學術研究，在振動控制系統的非線性動力學、飛行器非線性隔振技術等方面做出同行公認的重要貢獻。他長期從事力學教學和人才培養，出版本科生振動力學基礎教材[2-3]和研究生非線性動力學教材[4]，培育了一批優秀人才。他對力學教育也有系統深入的思考[5-6]，對工程科學教育尤其是振動學中的美育有獨到的見解[7-8]。正是這些研究和教學中的長期積累，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。

該書體現了教學和科研的融合。用通常基礎性教材所述線性振動基礎知識分析解決工程中的科學問題，用科研的實例豐富提升教學內容以反哺教學。該書事實上融專著與教材為一體。作為專著，后5章內容都是作者長期研究的結果，包括已經發表的工作，每節大體上是篇論文，從研究背景到最后得出結論，展示了發現問題、分析問題、解決問題的全過程；前兩章對基礎性內容的總結歸納也有作者獨到的處理方式。作為教材，全書的推導都很詳細；提示和討論富有啟發性；全書總體上覆蓋了線性振動的主要內容，有邏輯性和系統性；每章后附有思考題和閱讀文獻，幫助讀者深入思考和理解相關內容。因此，該書既是教材化的專著，也是專著化的教材。

該書也體現了工程和科學的統一。開篇作者基于自己長期從事研究工作的經驗和體會，從繩系衛星初步論證、汽車液壓與彈性隔振、結構動力消振、太陽能帆板瞬態響應等實際工程問題中，提煉出連續系統離散化條件、自由度退化振動系統的縮并與分析、固有振型節點數目、波動和沖擊響應的模態分析等科學問題。后面5章分析這些科學問題，發展相應的理論和方法，并指導工程問題的解決。這種工程與科學的密切關系，體現了力學既是基礎科學又是技術科學的獨特魅力。

該書還體現了繼承與創新的互補。不論是從內容闡述還是文獻注記看，作者對振動力學及其相關的數學力學基礎均有深入理解和掌握。在此基礎上，又有所創新。既有指出和論證前人結論的欠妥之處，如固有振型節點數目和反共振機理；也有若干獨創性的新見解，如桿和梁的對偶分析、桿和梁與剛體壁的碰撞沖擊、對稱結構的重頻模態特征等。這給學生的研究型學習做出了示范。學習需要獨立思考，教材和文獻上的內容未必完全正確；創新要在掌握已有知識基礎上進行，并非是罔顧他人工作的異想天開。

該書在出版前曾以預印本的形式在同行中交流，受到廣泛認可和高度評價，被譽為是有深度、有啟發性的精品教材，也是有新意、有可讀性的優秀專著。該書既是教育部高等學校力學類專業教學指導委員會的推薦教材，也是航空宇航科學與技術教材出版工程普通高等教育“十三五”規劃教材。該書堪稱研究性教材的范例，不僅有助于學生學習振動力學的研究方法和提升對振動力學的認知水平，也有助于教師和相關工程技術人員從更高的觀點和更廣的視野研究振動力學，梳理振動力學的知識體系，改進振動力學的研究方法。此外，該書是從教材角度助力研究型學習的成功嘗試，對其他力學和相關學科分支的教學改革和教材建設也有啟發。為擴大該書的受益面，增加中國力學教育的國際影響力，希望能早日看到該書國際發行的英文版。