《振动力学——研究性教程》评介

陈立群

(上海大学力学和工程科学学院力学系，上海200444)

振动力学不仅是力学专业本科生主干专业课，也是机械、土木、航空、航天等专业本科生和研究生的重要课程，其名称被具体化为机械振动或结构动力学。尽管国内外振动力学、机械振动、结构动力学等相关教材已经汗牛充栋，但缺乏帮助读者对振动力学的最基础性知识——确定性线性振动进行研究型学习的合适教材。有感于此，胡海岩教授撰写了研究性教程《振动力学——研究性教程》[1]，“以若干研究案例和科学问题作为教程的开篇，引导读者开展以问题为导向的研究型学习，在学习和实践中提高认知水平，实现对振动力学认知过程的螺旋式上升。”[1]

该书共分7章，另加一个附录。前两章为准备性工作。第一章从6个研究案例中提炼出12个科学问题。第二章从科学美的角度归纳总结振动力学的基础性知识。随后5章是专题内容，研究了前面提出的12个问题。第三章研究振动系统建模中的离散化、半个自由度问题和结构阻尼。第四章研究离散系统的非完整约束振动、固有振型节点数、反共振和结构动态修改。第五章研究一维连续体的固有振动，包括绳摆的固有振动、杆和梁固有振动的对偶性。第六章研究镜像对称结构和循环对称结构的固有振动，特别是其重频问题。第七章研究一维结构的波动和振动，包括杆的非频散波动、频散波动和冲击响应，以及梁的振动和波动。附录则概述三维弹性波理论。作者希望，“帮助读者探索一种研究型学习的途径：通过若干研究案例，产生对相关科学问题的兴趣，带着学术兴趣思考和研究这些问题，在此过程中，深化理论基础，学习研究方法。”[1]

作者胡海岩教授长期从事动力学、振动和控制的学术研究，在振动控制系统的非线性动力学、飞行器非线性隔振技术等方面做出同行公认的重要贡献。他长期从事力学教学和人才培养，出版本科生振动力学基础教材[2-3]和研究生非线性动力学教材[4]，培育了一批优秀人才。他对力学教育也有系统深入的思考[5-6]，对工程科学教育尤其是振动学中的美育有独到的见解[7-8]。正是这些研究和教学中的长期积累，使作者的新著具有其他振动教材所不具备的若干突出特点。

该书体现了教学和科研的融合。用通常基础性教材所述线性振动基础知识分析解决工程中的科学问题，用科研的实例丰富提升教学内容以反哺教学。该书事实上融专著与教材为一体。作为专著，后5章内容都是作者长期研究的结果，包括已经发表的工作，每节大体上是篇论文，从研究背景到最后得出结论，展示了发现问题、分析问题、解决问题的全过程；前两章对基础性内容的总结归纳也有作者独到的处理方式。作为教材，全书的推导都很详细；提示和讨论富有启发性；全书总体上覆盖了线性振动的主要内容，有逻辑性和系统性；每章后附有思考题和阅读文献，帮助读者深入思考和理解相关内容。因此，该书既是教材化的专著，也是专著化的教材。

该书也体现了工程和科学的统一。开篇作者基于自己长期从事研究工作的经验和体会，从绳系卫星初步论证、汽车液压与弹性隔振、结构动力消振、太阳能帆板瞬态响应等实际工程问题中，提炼出连续系统离散化条件、自由度退化振动系统的缩并与分析、固有振型节点数目、波动和冲击响应的模态分析等科学问题。后面5章分析这些科学问题，发展相应的理论和方法，并指导工程问题的解决。这种工程与科学的密切关系，体现了力学既是基础科学又是技术科学的独特魅力。

该书还体现了继承与创新的互补。不论是从内容阐述还是文献注记看，作者对振动力学及其相关的数学力学基础均有深入理解和掌握。在此基础上，又有所创新。既有指出和论证前人结论的欠妥之处，如固有振型节点数目和反共振机理；也有若干独创性的新见解，如杆和梁的对偶分析、杆和梁与刚体壁的碰撞冲击、对称结构的重频模态特征等。这给学生的研究型学习做出了示范。学习需要独立思考，教材和文献上的内容未必完全正确；创新要在掌握已有知识基础上进行，并非是罔顾他人工作的异想天开。

该书在出版前曾以预印本的形式在同行中交流，受到广泛认可和高度评价，被誉为是有深度、有启发性的精品教材，也是有新意、有可读性的优秀专著。该书既是教育部高等学校力学类专业教学指导委员会的推荐教材，也是航空宇航科学与技术教材出版工程普通高等教育“十三五”规划教材。该书堪称研究性教材的范例，不仅有助于学生学习振动力学的研究方法和提升对振动力学的认知水平，也有助于教师和相关工程技术人员从更高的观点和更广的视野研究振动力学，梳理振动力学的知识体系，改进振动力学的研究方法。此外，该书是从教材角度助力研究型学习的成功尝试，对其他力学和相关学科分支的教学改革和教材建设也有启发。为扩大该书的受益面，增加中国力学教育的国际影响力，希望能早日看到该书国际发行的英文版。