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建筑结构丨听中国钢结构最高成就奖获得者沈世钊院士讲“天眼”

 zhaxx 2020-09-28

2017年11月8日,中国钢结构大会暨浙江省钢结构论坛在杭州萧山召开,会上进行了隆重的2017中国钢结构最高成就奖颁奖仪式,获此奖项是董石麟沈世钊马克俭沈祖炎四位院士,表彰他们为中国钢结构事业奉献终身的精神和对推动中国钢结构事业发展所做出的贡献。董石麟沈世钊马克俭沈祖炎四位院士同时也是《建筑结构》杂志的资深编委,让我们一起来深度了解下他们吧~

沈世钊院士


沈世钊院士与Fast的故事

2016年9月25日,有着“超级天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(简称FAST),在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成使用,这是具有我国自主知识产权、世界最大口径、最灵敏的射电望远镜。从理论上说,“天眼”能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近宇宙边缘。甚至有外国科学家这样形象的描述“天眼”的功力——“你在月球上打电话它都能发现”。

我国的“天眼”之所以能看得这么远,还这么准,有一项全球首创的技术发挥着至关重要的作用,它就是由我国钢结构领域著名专家、中国工程院院士沈世钊教授率领的哈工大空间结构研究团队承担和完成的FAST项目主动反射面结构系统,它也被称为中国“天眼”的三大自主创新之一。日前,沈世钊院士做客菁华学术下午茶为大家介绍“天眼”,分享哈工大团队承担FAST项目主动反射面结构系统研发的经历。

沈世钊院士被中国钢结构协会授予“最高成就奖”

沈世钊院士参与设计的一些重大体育工程

沈世钊1983年开始投身大跨空间结构设计,几十年来完成大量国家重点项目,研究成果令世界瞩目,为我国钢结构、大跨度空间结构的发展做出了重大贡献,2017年被中国钢结构协会授予“最高成就奖”。

2003年,沈世钊院士团队受国家天文台委托参与国家重大科学工程500米口径球面射电望远镜(FAST)主动反射面系统的设计研究工作,经过4年的可行性研究、5年的初步设计和又5年的施工建设,2016年9月FAST项目落成启用,其间的付出与艰辛只有当事人才明白。此次座谈会,沈世钊院士便是与同学们畅谈这十几年攻坚克难的心路历程。

“天眼”500米口径球面射电望远镜工程从预研到建成历时22年,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

FAST主动反射面口径约30个足球场大小,可以随所观测的天体运动。相较于此前世界最大的美国阿雷西博天文望远镜,“天眼”不仅面积大幅增加、观测灵敏度大幅提高,而且还实现了可变位的结构设计。“天眼”能够接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近宇宙的边缘。

而在FSAT的建设过程中,设计团队面临巨大挑战,工作量之大,仅模拟分析便耗时五、六年之久。针对此,沈世钊坦言,科学研究应根据工程需要而做,具体问题具体分析。

沈世钊院士表示,面对复杂的问题,首先要整体考虑,找出主要矛盾与次要问题,再根据不同的问题选取适当的方法展开研究,一方面通过系统的考量排除非控制因素,另一方面对剩余变量进行大量、全面的分析、统计,保证结果可靠性。这也是科学研究的通用思路。

为选择适宜的工作面变位方案,团队对备选的9种可能参数组合均选择了400多个代表性位置进行模拟,通过优化分析最终才确定出方案;风环境分析时对7.911.92.4km的计算域进行了12个风向角的风环境模拟;为分析日照温差产生的非均匀温度场,团队根据实际观测数据模拟了一年中每一天同一时刻各位置最大分布温差,分析反射面面形精度和索网应力的日变化;在研究几何尺寸、材料性能等结构随机参数对结构的影响以及结构疲劳性能时,团队更是应用统计学方法分别进行了十余万次重复试验。

FAST科学技术顾问聘书

FAST主动反射面结构体系

30米模型试验

沈世钊院士与团队成员在落成的FAST工程前

在谈起计算机学科交叉和目前设计、分析软件的应用时,沈世钊指出,电脑的普及、设计软件的升级的确对目前土木行业的发展起了重要的推动作用,但设计软件的本质也是源于编程人员力学概念的具象化和计算过程的系统化,其核心都是人的思想,结构设计终归是由设计师主导的,绝非软件可做到的。“概念高于具体,力学概念高于计算结果”,他强调,结构工程师不能过于依赖设计软件,要有清晰的力学概念,只有不断锻炼提高自己的概念设计能力,才能设计出更合理美观的作品。

面对台下广大学生,沈院士殷切期望:“大学的学习有三个阶段:学知识、学思想方法、提高思想境界,知识的学习你们应该已经达到了,科研的过程中你们也在学习着分析问题的方法,而学会做人做学问是一个漫长的过程,需要你们不断用心去体会,我希望你们每个人都能有所感悟,早日学有所成。”

文字 | 王洋 金镇江/图片 | 刘媛媛 王羽珊 吉星 /责任编辑 | 金镇江 齐晓泉/值周编辑 | 孙锐  于丰源

以下是其他三位院士简介:

董石麟院士

马克俭院士

沈祖炎院士

令人悲恸的是中国工程院院士、同济大学土木工程学院教授、博士生导师沈祖炎同志于2017年10月11日21:06在上海中山医院逝世,享年82岁建筑结构丨巨星陨落——同济大学沈祖炎院士逝世,享年82岁,沉痛悼念!), 先生千古!

来源:中国钢结构协会,哈尔滨工业大学,由建筑结构综合整理,转载请标明出处。

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