伍小平
伍小平,1938年2月生。1960年毕业于北京大学数学力学系力学专业,同年到中国科学技术大学近代力学系任教至今,现任校学术委员会副主任。1984~1986年曾在美国纽约州立大学机械工程系做访问学者。曾任中国科协第四届委员,中国力学学会常务理事和副理事长,实验力学专业委员会副主任和主任,《实验力学》学报副主编和主编,教育部高等学校力学教学指导委员会委员主任及力学专业指导委员会主任,中国科学技术大学工程科学学院院长。1997年当选中国科学院院士。
伍小平长期从事实验力学领域的研究工作,和研究团队一起,围绕力学研究和工程应用,在实验力学理论和光电测试技术方面,有许多开创性的工作和重要成果,并多次获得各种奖励和荣誉称号;近年来又从事将同步辐射加速器应用于材料力学研究这项开创性工作和MEMS 的应用研究,取得了重要的进展。同时培养了近70名研究生,其中博士30名。
在实验理论方面,关于空间散斑运动规律的研究,取得了开创性的重要成果:从更实际更合理的条件出发,考虑了激光波长不同的影响,对空间散斑场的运动与物体变形间的关系,进行了严格的理论研究。首先导出了以微分形式描述空间光场的三个基本方程,在更高层次上概括了以往光学中(如反射、折射、成像和全息等)的定理和定律,有极深刻和丰富的内涵。从这三个基本方程,进而导出了完整的激光散斑空间三维运动公式,纠正了以往理论上的错误,并为实验所证实。这是利用激光散斑进行变形测量的理论基础。
在测试技术方面,有重要创新和发展:①动态现象测试技术:创新地提出了激光散斑进行随机振动和冲击测量的非接触式的光电测试新方法,从而为微型机械等超小型物体动态特性的非接触测量和分析提供了新途径。改进了透射和反射多火花摄影系统,配合动态云纹和白光散斑,获得了应力波传播和瞬态变形的信息。②大构件复杂变形测量技术:发展了多种相干光或非相干光的光学与图像处理结合的方法,配合相移,进行变形和形状的测量与分析,其测试精度可以覆盖从亚微米到毫米范围的整个系列。还发展了测量水洞中船用螺旋桨在水动力作用下变形测量的新技术。③无损检测技术方面,设计了一种新型电子散斑干涉仪,具有多种功能,有很强的抗干扰能力,便于在工业现场应用。另外,发展了热色液晶和图像处理技术相结合的裂纹监测技术。④残余应力测试技术:巧妙地运用云纹干涉法,以很高的空间分辨率和精度,获得了飞机部件冷挤压孔周残余应力分布,为延长疲劳寿命的孔周冷挤压工艺,提供了可靠的工艺参数,被航空部门采用。⑤细观力学实验技术:利用多种光学与图像处理技术相结合的方法,获得材料微区的位移场分布。
从1992年起在国内首先开展用同步辐射光研究材料的力学性质的工作;近十年,依托国家同步辐射实验室,建成了国际上唯一的“同步辐射材料力学实验站”。包括:组织研制成了专用硬件,如可旋转的加载装置(做CT),带特殊观察窗的高温的烧结炉,做液氮温度实验的低温环境装置,等等;发展测试技术,并编制相应的软件:如,物体内部三维位移场分析的数字图像相关方法,不足180度扫描的CT图像重建方法,同步辐射X射线衍射增强方法,同步辐射装置上的位相衬度成像,等等。用它探索材料细观层次的力学行为及其规律,特别是材料内部的损伤演化,往往都是用其他方法不能得到的在线的、定量的信息。结合重大工程需要,已进行了有价值的实验。如:托克马克超导带材(Bi2223),在77K工作时,残留应变量和临界电流密度的关系,失超与内部损伤的关联;观察了纤维增强材料中纤维与基体间界面的细观损伤演化;获得了多孔材料受力后内部微孔的不同变形规律,阐明了其起到吸能作用的机理;航空发动机的合金及陶瓷材料烧结过程中微结构演化的实时在线观测等实验。在国内外学术会议上,介绍该实验站及所获得的成果后,引起同行很大的兴趣,并被邀请在国际会议上做大会报告。
近几年还组织进行了基于MEMS 和光力学测试技术的新概念红外成像研究。它不同于芯片完全依靠进口的市售红外摄像机。其芯片上每个像素是由双材料微悬臂梁构成,不需电路和引线;热辐射使微悬臂梁产生变形,由非接触式光测实验力学方法检出并成像。已成功实现芯片的新设计和制作:根据力学效应和热力耦合的思想,分析了尺度效应,设计了全新的芯片,研制成了独特的微悬臂梁阵列。它最大的特点是“悬臂梁无基底”,这使接受到的辐射能量增加近一倍,而且成品率提高。同时基于数值模拟和实验,将刀口滤波的检测方法得以优化,获得了比国外好的灵敏度。用研制的原型机,无论白天黑夜,近距远距,对象是静止或运动,都能成功成像。得到了人从近处到35米远的运动图像,区别出衣服的单层部分和多层部分,分辨出手在衣服上留下的热痕迹,观测到2 千米远处的建筑物,等等。此技术已获得多项发明专利。已达到的技术指标,在国际同类系统中是最好的。这成果有完全自主知识产权,是独特的MEMS,有重要和广泛应用前景,已开始了产业化进程。
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