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圣维南及其在弹性力学中的贡献
发表时间:2018-07-13 点击:

圣维南(Saint-Venant,Adhemar Jean Claude Barre.1797—1886)的父亲是一位颇有名气的农村经济学家,在他的细心教导下,圣维南从小就爱好数学,并表现出突出的才能。圣维南稍长,就到布鲁日公立学校上学,1813年他16岁时通过选拔考试进入巴黎综合工科学校。在该校他表现出卓越的才能, 学习成绩名列全班第一名。然而一场政治动乱对他的一生产生了巨大影响。1814年反法联盟军队逼近巴黎,学校动员学生为巴黎的防御工事运送武器,圣维南拒绝参加,被学校除名。此后8年,他一直在火药工厂工作。1823年法国政府批准他免试进人桥梁道路学院,两年后他以全班第一名的成绩毕业。

1825-1830年,他先后在尼韦奈运河和阿登运河上从事工程设计工作。其间,他利用业余时间研究力学理论。1834年,他向法国科学院提交了两篇关于理论力学和流体力学的论文,并因此在科学界出了名。

1837年,桥梁道路学院请圣维南讲授材料强度理论。当时关于材料力学的最新讲义是圣维南的老师C.纳维(Navier)编写的《力学在结构和机械方面的应用》(1826)该书以纳维在桥梁道路学院讲授应用力学的讲义为基础整理而成。虽然纳维建立了弹性力学的基本方程,但他在讲义中并没涉及它们,仍然采用平面假定求解问题。圣维南则首先试图把弹性理论的最近进展介绍给他的学生,他对固体的分子结构和分子间的作用力的假设进行讨论,并用这一假设解释了应力概念。1864年圣维南对该书修订第三版时,在书中增加了大量的注释,使原书的篇幅增加了九倍。他还讲授了剪应力和剪应变。由此算出主应力。圣维南在教学中提出的一些问题成为他日后进行科研的课题,他的讲义用石印印出,其原稿现在藏于桥梁道路学院的图书馆。

圣维南在桥梁道路学院任教时,还在巴黎市政府兼任一些实际工作。此外,他很早就对水力学及其在农业上的应用感兴趣,并发表过若干篇论文,为此他获得了法国农学会的金质奖章,1850-1852年还在凡尔赛农学院讲授过力学。然而,这些并未影响他在弹性理论方面的研究。1847年他关于扭转的第一篇论文发表。1855和1856年他发表的两篇著名论文系统地阐述了扭转和弯曲问题。1868年以后,圣维南又研究塑性力学,提出塑性流动的基本假设和基本方程。圣维南一直工作到生命的最后几天,1886年1月2日,他的最后一篇论文发表在法国科学院学报上。1月6日他以88岁高龄去世。

圣维南的研究领域主要集中于固体力学和流体力学,特别是在材料力学和弹性力学方面作出很大贡献。

圣维南第一个验证了弯曲基本假设的精确性,所谓基本假设是:梁变形时横截面保持平面;梁的纵向纤维在弯曲时相互之间无应力。

基于对梁的纯弯曲研究,圣维南1855年给出了圣维南原理的最早提法。即:只有当作用于梁两端的外力分布在端截面上的情况与在梁中央各截面上的应力分布情况相同时,所得到的应力分布才与准确解相符。

圣维南提出和发展了求解弹性力学的半逆解法。1853年他关于弹性柱体扭转的报告,法国科学院由A.L.柯西、G.拉梅(Lame)、J.V.彭色列(Poncelet)等组成的委员会给予很高的评价。文中首次提出了半逆解法。由于半逆解法的论文,弹性理论的基本方程才逐步被引人有关材料强度的工程书籍中。

1883年圣维南翻译克莱伯什的德文著作《固体弹性理论》一书出版。他的注释是原篇幅的三倍。其中最重要的是关于杆的振动和碰撞理论。

由于圣维南取得了大量创造性的研究成果,1868年他以力学权威被选为法国科学院院士。他一生重视理论研究成果应用于工程实际,他认为只有理论与实际相结合,才能促进理论研究和工程进步。


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