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钱学森是中国航天事业的奠基人和技术领导人，他毕生追逐科学报国梦想，为中国的科技事业、国防和军队现代化建设，尤其是“两弹一星”事业建立了不朽功勋，堪称老一辈爱国科学家群体中以身报国的典型代表。他一生秉持“初心为国、科学报国”使命担当，为中国国防科技事业创建与发展及社会主义现代化建设建立了不朽功勋。他以炽热的家国情怀和崇高的民族气节，将个人的爱国之心、报国之志、效国之行、强国之情融入党和国家交给他的伟大事业之中，他“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的科学家精神永远值得我们纪念和学习。

2018-2019年，上海交通大学钱学森图书馆为落实《关于在广大知识分子中深入开展“弘扬爱国奋斗精神、建功立业新时代”活动的通知》《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》等文件精神，组织力量编写《钱学森精神读本》（2019年出版），全书分为爱国篇、奉献篇、求实篇、创新篇、协同篇、育人篇六个篇章，以浅显的语言、生动的故事、图文并茂、叙中有议的形式，呈现钱学森的科学家精神。5月30日，钱学森图书馆入选全国首批“科学家精神基地”，为了让更多人了解钱学森“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的科学家精神，我们策划推出《钱学森精神读本》系列推文，用48个故事重温钱学森光辉灿烂的科学人生，回顾他彪炳史册的丰功伟绩和超凡脱俗的人格魅力，为当代科技工作者、党员干部、青少年留下启示。

Ⅳ

创新篇

第27期 破解薄壳失稳之谜

1939年6月，钱学森获得航空与数学博士学位后，留在加州理工学院任教，任助理研究员，成为冯•卡门亦徒亦友的合作者。钱学森以追赶冯•卡门这样的大师为目标，继续沿着理论与实践相结合的应用力学道路，在薄壳稳定理论、超高声速及跨声速空气动力学以及喷气推进等领域进行探索，做出了开创性成就，其中有些工作堪称空气动力学发展史上的经典。

钱学森与冯•卡门合作，开展薄壳失稳问题的研究，这项研究属于固体力学范畴。当时，第二次世界大战鏖战正酣，交战各国为了取得空中优势，正加紧设计和制造全金属结构薄壳飞机，以取代早期的木质结构飞机。

薄壳结构强度高而重量轻，但当其承受的载荷超过一定数值时，壳体就会发生皱瘪而失效，这就是屈曲现象。飞机设计师需要计算发生屈曲的临界载荷值，以提高飞机设计的效率。但经典的线性理论给出的数值远高于试验值达3到4倍，只能依赖从相当分散的试验数据中整理得到的经验关系。这成为早年薄壳结构问题的一个谜。

为了解决上述矛盾，理论上必须考虑大挠度的影响，但在数学上遇到了求解非线性方程的困难。在研究这个问题之前，钱学森对前人的工作做了深入、系统的总结。他发现经典线性理论之所以失败，在于忽视了大挠度非线性影响，于是他从考虑有限挠度的弹性屈曲理论入手，采用能量法求取屈曲临界载荷。

钱学森首先研究球壳失稳问题，1939年10月与冯•卡门合作完成“球壳外压屈曲”一文。他们认为，经典理论之所以失败，在于没有考虑到在加载过程中球壳除了保持球形位形外，还可能存在位能更低的其他位形。受外界干扰时，球形位形会跃变到位能较低的某个位形。所以，有必要区分经典性理论所给出的“上”屈曲载荷以及壳体发生有限变形而屈曲的“下”屈曲载荷。前者可以在试验中小心避免不对称等初始缺陷而达到，而设计所需的临界载荷只能是后者。这样，他们提出了计算屈曲临界载荷的能量跃变准则，用此准则计算得到的“下”屈曲载荷值和试验值很接近。

1942年，钱学森发表了五篇关于屈曲问题的重要论文，其总结性论文为“薄壳屈曲理论”，内容涉及屈曲判别准则、非线性侧向支撑的柱、外压下的球壳等。这些论文突破了经典理论的局限，为弹性薄壳理论做出了划时代的贡献。

此外，这些论文对外部压力所产生的球壳的屈曲、结构的曲率对于屈曲特性的影响、受轴向压缩的柱形薄壳的屈曲、有侧向非线性支撑的柱子的屈曲以及曲度对薄壳屈曲载荷的影响等都进行了研究，作出了一系列理论预测。

钱学森还计算了球形薄壳、圆柱形薄壳等构件发生屈曲的临界载荷。按照钱学森的方法进行设计可大大提高飞机的机壳刚性和安全性，因而他的理论一公布就被航空学界所接受，并很快为各个飞机制造公司所应用。