（转）在大工程中追问非线性科学

yelv123

国外的工程实践比我们要多，好多东西我们以前都没有见过，像重型燃气轮机，我国以前从来没有生产过，国外又限制中国进口。在工业还没有发展到一定程度时，国内研究人员就很难看到很多非线性动力学问题；只有当参与到生产、实验、使用中时，许多问题才会浮出水面。比如，动力学问题、振动问题、控制问题等，都是从生产实践中提炼出来的。你不能要求科研人员凭空想出一个问题。
    “神舟五号”发射过程中，在120秒的时候，杨利伟感觉振动非常厉害。后来将飞船携带的测振仪器收集回来的数据用线性理论进行分析，结论和测出的结果并不一样。  
    “为什么？”中国振动工程学会非线性振动专业委员会副主任张伟教授向记者阐释非线性理论时，举出了“神舟”飞船这个极具吸引力的案例，看到记者困惑的眼神后，他说，“再举一个例子，大型精密的高速切削机床，工件和刀具一接触就有颤动，而且这个振动很难完全消除，这成为困扰我们多年的老问题。后来发现这是一种再生颤振，也就是一种非线性振动。虽然用非线性动力学理论已经查明了这种振动的问题所在，但目前还是不能完全解决这个问题。”  

    中国工程院院士陈予恕说，对非线性的研究不是一两个科学家的意志，而是国家的需要。工程生产应用中的许多问题用线性理论已无法解决，必须从非线性理论中去寻找新的解决方式。  
    2006年8月23日至26日，第二届国际动力学、振动与控制学术会议(ICDVC—2006)在京举行期间，陈予恕院士和张伟教授接受了《科学时报》专访，对非线性科学发展作了进一步的阐释。

    工程问题使非线性科学成为热门  

    “客观世界丰富多彩、复杂多变。在这样一个复杂的世界中，若我们用数学的眼光来进行观察，就会发现可线性描述的事物微乎其微。在绝大多数系统中，特别是复杂系统中存在的都是非线性规律，单纯从线性的角度去研究会导致结果的不精确甚至不正确。所以，现在几乎各个领域都在进行非线性动力学研究，特别是在工程领域。”张伟介绍说，目前，非线性动力学已经广泛应用于航天、建筑、生物甚至经济领域——有些专家已经在用非线性动力学研究股票的走势。  

    追本溯源，19世纪末到20世纪初，法国数学家和理论天文学家亨利·庞加莱（Henri Poincare）发现某些特殊的微分方程的可解性与解值对其初始条件极为敏感，初始条件的细微差别可导致其解值的巨大偏差，甚至产生无解现象，从而拉开了非线性科学研究的序幕。  

    20世纪60年代，气象学家爱德华·洛仑兹（E.Lorenz）在计算机上研究天气预报方程时发现，尽管描述天气变化用的方程是确定性的，但天气长期动态变化却是不可预测的，初始条件的细微差别会引起模拟结果的巨大变化。他打了个比方，在南半球某地一只蝴蝶偶然扇动翅膀所引起的微弱气流，几星期后可能变成席卷北半球某地的一场龙卷风，这就是广为人知的“蝴蝶效应”，其实质是非线性耦合。  

    非线性科学研究被称为“在科学的整体哲学与人类看待其世界的方式方面的一次重大转变”。关于非线性无所不在的案例俯拾皆是：一块木板，在两端施加一定的力，当力量很小的时候，木板是直的；而当这个力超过一定的临界值时，木板会弯曲，但是木板会向哪边弯呢？这也是非线性科学研究者正在苦思冥想的众多问题之一。  

    理论研究与世界同行  

    单就非线性动力学而言，从理论研究看，中国的研究已经和世界站在一条平行线上。非线性动力学专家朱位秋院士等人研究的“随机激励的耗散的哈密顿系统理论”和陈予恕院士等人研究的“复杂非线性系统的某些动力学理论与应用”分获2002年和2003年的国家自然科学二等奖，这些理论研究已被国际学术界引用数百次。  

    陈予恕和朱位秋一致认为，“今年非线性动力学方面的研究也有可能获国家自然科学奖。”另外，目前国家对非线性动力学方面的研究越来越重视，许多项目受到了国家自然科学基金和国家杰出青年基金的资助。  

    国家的经济发展需要理论的发展和提高，但更重要的一个层面是要解决各行各业中的实际问题。非线性动力学与实际应用是环环相扣、紧密相连的。张伟说：“我主要从事高维度非线性系统研究，我们能感受到三维空间，但第四维在哪里？如果是六维的，那三维怎么感受？有人说这是数学家的问题，可是要等数学家来解决，也许需要一个漫长的过程，但当前的工程实践中又急需答案，因此，我做这个研究可以说是为解决实际应用问题而做的工作，因为工程实践中遇到的难题主要是高维非线性问题。非线性方程都是多解的，有时有几十个甚至上百个解，计算机会算出多个解，但哪一个解才是你真正想要的？我们总结这些问题从而进行理论研究，问题都来源于工程应用，最后还将运用于工程去解决实际问题。”  

    工程实践是最高的检验者  

    这一学科除了需要在理论上加强，国家更需要的是能将这些理论运用于各行各业。然而，不可回避的问题是，将理论应用于实践是我国科研的一个软肋。搞理论的和搞一线设计的往往互不了解。  

    张伟说：“国外的工程实践比我们要多，好多东西我们以前都没有见过，像重型燃气轮机，我国以前从来没有生产过，国外又限制中国进口。在工业还没有发展到一定程度时，国内研究人员就很难看到很多非线性动力学问题；只有当参与到生产、实验、使用中时，许多问题才会浮出水面。比如，动力学问题、振动问题、控制问题等，都是从生产实践中提炼出来的。之前很长一段时间都是国外做什么工作了，我们这些研究人员一旦知道了，就赶紧跟着做。为什么老说从文献到文献呢？很大的原因就是没有一个生产需求来提出这个问题，尤其在高校的科研人员很难想象生产中会有这些问题。你不能要求科研人员凭空想出一个问题。”  

    陈予恕说：“目前，我们正在想办法解决理论与应用‘两张皮’的问题，中国工程院批准了由我负责的一个咨询项目——‘机械运载学部可靠安全性对策调研咨询研究’，这个项目将于2007年1月1日开始，为期两年，本次调研将侧重国内外在机械系统、航空航天系统、交通运输系统、兵器系统的非线性动力学研究与应用现状。调研后，我们将写出调查报告并向国家提出建议，着重解决我国非线性动力学理论与实际运用脱轨的问题。”  

    据张伟介绍，在“神六”的研制过程中，对飞船的结构做出了改进，虽然仍可以感到肌肉的抖动，但振动已远没有以前那么剧烈了。

来源：http://todayhistory.hit.edu.cn/2006/09-05/09100642.shtml      

       非线性科学今后的发展方向在那里？是喜欢追随时髦的人的一种有趣思想，还是像它的某些支持者声称的那样，实际上是科学思想的一场革命？──只有事实才能说明一切。这就只有依靠大家的共同努力来验证了

[ 本帖最后由 yelv123 于 2007-6-27 16:15 编辑 ]

咕噜噜

^_^，凸显了非线性研究的任重而道远

sssssxxxxx921

非线性科学今后的发展方向在那里？是喜欢追随时髦的人的一种有趣思想，还是像它的某些支持者声称的那样，实际上是科学思想的一场革命？──只有事实才能说明一切。这就只有依靠大家的共同努力来验证了

这怎么有点像毛主席他老人家当年为　答林彪等人的革命去向问题　而写的星星之火可以辽源啊，哈哈
开个玩笑　
很同意你的观点　
支持你　　支持非线性　

中原

早上看过一个帖说非线性是线性为基础的，写了一大堆话准备反驳，结果刚发帖就封帖了:@L 如果看过非线性泛函分析等内容的处理方法和得出的结论，很显然线性与非线性有本质区别，我还是寄托人类在这个世纪彻底解决非线性数学理论，如果有一天实现，这将毫无疑问的成为人类文明的分水岭（分岔点），宇宙的分支:lol ，人类认知的更本改变

咕噜噜

^_^，从数学角度讲非线性还是有线性的基础，但是从本质和思维讲这两者有完全不同
要不人们早就解决非线性问题了
数学、物理、力学等等都是不断发展的，谁知道几十年几百年之后人类会不会发现有一个新的”非线性“

gghhjj

原帖由 中原 于 2007-6-27 21:59 发表

                               
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早上看过一个帖说非线性是线性为基础的，写了一大堆话准备反驳，结果刚发帖就封帖了:@L 如果看过非线性泛函分析等内容的处理方法和得出的结论，很显然线性与非线性有本质区别，我还是寄托人类在这个世纪彻底解决 ...

非线性是线性为基础的，好像从来没有人有这个观点吧
线形和非线性本身就是两种思维模式

但是如果连线性的思维模式都没有搞清楚就去搞非线性的话，其要走的弯路不言而喻

说实在，其实很多工程问题用线性的方法去解决就能够满足实际要求了

当然个人不是说不需要去研究非线性问题

用非线性的角度去研究相关问题能够得到更加合理更加精确的结果

当然还有一些特定的问题必须用非线性才能解决

当时从当前的研究水平而言，又有多少问题能够用非线性去解决呢？

无水1324

原帖由 gghhjj 于 2007-6-29 05:10 发表

                               
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非线性是线性为基础的，好像从来没有人有这个观点吧
线形和非线性本身就是两种思维模式

但是如果连线性的思维模式都没有搞清楚就去搞非线性的话，其要走的弯路不言而喻

说实在，其实很多工程问题用线 ...

  其实他们的出现就是为了更精确的反应物理现实