中國科學院院士、大連理工大學教授鐘萬勰——
用好數學工具 解決力學難題（講述·一輩子一件事）
【資料圖】
鐘萬勰（右一）在跟學生討論。大連理工大學供圖
中年時的鐘萬勰。大連理工大學供圖
人物小傳
鐘萬勰，1934年生于上海，工程力學與計算力學專家，中國計算力學發展的奠基人之一。1993年當選中國科學院院士。首創“離散辛數學”方法，研究提出精細積分法、計算結構力學與最優控制的模擬關系、參變量變分原理等。曾獲國際計算與實驗科學工程大會（ICCES）終身成就獎，國家自然科學獎二等獎、何梁何利科學與技術進步獎、遼寧省自然科學獎一等獎，全國模范教師稱號。
上課鈴聲響起，大連理工大學第一教學館115教室，一位白發老者站起身來，將隨身的拐杖放在一旁，一手撐著講桌，一手握著翻頁筆，聲音洪亮、精神飽滿。
這是一堂運載工程與力學學部的研究生課程，學生們認真地聽著眼前這位89歲老院士的講解。“辛”，是很多力學問題基本方程的數學性質，求解時，保持方程的“辛”結構，可以穩定控制偏差。由鐘萬勰開創的“離散辛數學”，讓“辛”從晦澀難懂的數學領域走入了應用力學的實踐場景。
從發展中國的計算力學，到開創“離散辛數學”，再到講授相關知識體系，鐘萬勰畢生的學術追求，就是要為我國的數學研究爭得一席之地。
將算法語言轉化為力學語言，開發結構分析計算程序，解決工程技術難題
1934年，鐘萬勰出生于上海，父親鐘兆琳是我國電機學的奠基人之一，從小開始，鐘萬勰就深受家庭氛圍影響。
1952年，鐘萬勰考入同濟大學橋梁與隧道工程專業，大學期間，他自學了《柯氏微積分學》、柯朗—希爾伯特《數學物理方法》、斯米爾諾夫《高等數學教程》。畢業前夕，他撰寫的論文《彈性力學中的接觸問題》被校長李國豪看中，推薦給中國力學學會。時任中國科學院力學所副所長錢偉長看后，請他給自己做助教。1959年，時任所長錢學森派鐘萬勰到中國科技大學擔任理論力學課程的主講教師。1962年，鐘萬勰來到了大連工學院（大連理工大學前身）。
20世紀70年代初，由于電子計算機的應用，國際上力學研究和應用發生了巨大變化，但我國在計算力學領域研究還是一片空白。時任中科院學部委員、大連工學院數理力學系教授的錢令希派出以鐘萬勰為骨干的團隊，研發推廣土木結構計算分析程序。這類程序設計，計算量巨大，以前都是手工計算，耗時長。如何將計算機算法語言應用到力學分析上，國內幾乎沒有資料可查。
當時，全上海僅有兩臺小型計算機可用，鐘萬勰只在每天晚上12點左右有10到15分鐘的上機時間；為了準備存儲用的紙帶，需要在清晨6點前去“搶占”為數很少的穿孔機。就這樣從頭開始、廢寢忘食，鐘萬勰將算法語言一點點轉化為力學語言，開發出結構分析計算程序軟件，填補了國內空白。
兩臺計算機內存非常小，為了解決大量的計算問題，鐘萬勰又將數學中的“群論”與結構力學相結合，實現了“小馬拉大車”的效果。大連交通大學退休教授吳昌華回憶：“我用鐘萬勰結構分析程序算齒輪，14個齒，28個對稱軸，按照群論理論，只要對二十八分之一的面積或者體積進行劃分、求解，問題就全部解決了，效率太高了。”
1983年，錢令希讓鐘萬勰帶隊，在渤海石油開發方面開發屬于中國自己的通用分析程序。鐘萬勰帶領團隊僅用一年半時間，就做出了結構設計計算程序。“我們的頭腦不比別人差，中國人挺直腰板自己干，一定行！”鐘萬勰說。
到20世紀80年代初，國內已經有幾千個工程使用了鐘萬勰開發的軟件，解決了大量工程中的技術難題，我國在計算力學領域與國際的差距逐漸縮小。
創建“離散辛數學”，讓傳統“辛”體系擺脫局限性，適應信息化數字化需要
1996年，鐘萬勰到國外講學，他講的“離散辛數學”，是對彈性力學求解“半逆法”的挑戰，贏得了現場經久不息的掌聲。有專家感嘆：“彈性力學還可以這樣改進！”
“辛”，代表了動力學能量傳遞過程中狀態兩端的一種對稱結構，稱為變分法和傳遞辛矩陣，動力學要求，能量從初始產生到完成傳遞，辛矩陣要達到能量守恒，這是控制學中最基本的問題。所謂“保辛”，就是系統的守恒。“半逆法”在數學求解上有一定成分的“湊”和“猜”，導致該理論一直不能被廣泛應用。
“這個難題，我也來碰一碰。”20世紀50年代，鐘萬勰就對“半逆法”產生了質疑。在之后的近40年時間里，鐘萬勰先后創立了“群論在結構力學中的應用”“極限分析中新上、下限定理”“參變量變分原理”“精細積分法”等獨樹一幟的計算力學理論與方法。他在分析動力學“辛”體系的基礎上，從結構力學入手，引入狀態向量的描述，進行區段離散分析，打通了分析動力學與分析結構力學之間的隔閡，實現數值計算。
1993年，《計算結構力學與最優控制》出版；1995年，《彈性力學求解新體系》出版——這是鐘萬勰一生40余部著作中最有分量的兩部。鐘萬勰創建的“離散辛數學”，讓傳統“辛”體系擺脫了高深難懂、脫離工程實際的局限性，適應了信息化、數字化的時代需要。
“中國古代傳統數學稱為算術，講究應用，是要實實在在地算出數值來的。”鐘萬勰驕傲地說，“當代的中國數學應該在國際學術界占有一席之地了！”
多年堅持授課，引導學生將科研目標瞄準解決實際問題
見到鐘萬勰時，他正在為剛出版的《辛數學及其工程應用》一書進行補充、修訂。一個10平方米左右的房間里，寫字臺離床鋪很近，他說，這是為了便于工作起居。“現在這本是研究生教材，我想再刪減、補充一些內容，再出一本本科生教材。”鐘萬勰摘下眼鏡，揉了揉雙眼說。
鐘萬勰一直堅持為高年級本科生和研究生上課。一節課90分鐘，每次上課前，他都吃得很少。“胃里沒負擔，好講課。”腿腳不便，他就自帶個“小墩子”，累了就坐下講課。
“上課是為了保持研究狀態，也希望能引導更多學生研究‘辛’的問題。”鐘萬勰說。
鐘萬勰潛心于理論研究，同時也關注如何將自己的研究與傳統文化結合起來。近年來，他把“辛”體系按照祖沖之方法論進行歸結，提煉中國古代數學，求解現代力學問題。“祖沖之計算圓周率的思路是割圓法，可推測為：平面上兩點之間連接的短程線是直線，而約束只要在離散格點處滿足即可。當前已經處于計算機、信息時代，看起來非常精美的圖像，其實全是離散數值表達的，中國的算術傳統優勢在其中體現出來了。”鐘萬勰說。
即使他的結構計算理論已經被廣泛應用于航空航天、土木建筑等許多領域，鐘萬勰仍覺得有遺憾：“當年我就沒能把握住在高層建筑和內燃機設計方面的兩次機會，還是推廣應用做得不夠好。”
“我們研究數學是為了應用，”鐘萬勰常教導學生要把論文寫在祖國的大地上，“一定要把目標瞄準解決國計民生的實際問題！”
■記者手記
傳承開拓 自主創新
在鐘萬勰身上，記者看到了一種傳承與開拓兼具的精神。正如他自己所說，“我們既要對得起我國悠久的歷史和文化，還要對得起國家發展的時代機遇。”
科學研究，脫離了傳承則無根，缺乏了開拓則無發展。鐘萬勰的科研成就是在潛心研究、廣泛涉獵之后的集大成，也是面向世界科技前沿、面向國家重大需求的新突破。以歷史眼光看自主創新，曾經的經典理論既推動了現代化發展，也會在新的時代背景下表現出歷史局限性；時代的發展提供了新的機遇。認清這個規律，科研工作者才能更加自信地繼承發揚中國優秀傳統，走獨立自主的創新道路，搶抓全球科技競爭的先機。
人民日報記者 胡婧怡
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