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致敬“四川百年百杰科学家”(三)|“高速轮轨之父”沈志云:高铁如龙向梦飞
发布日期:2021年06月09日 14时17分08秒

人物名片

沈志云,1929年出生,湖南长沙人,中共党员,机车车辆动力学家,中国科学院院士、中国工程院院士,被誉为“高速轮轨之父”,参与、推动和见证了中国高铁技术从无到有的发展历程。长期研究车辆系统动力学及控制。1983年发表非线性轮轨蠕滑力模型,在国际上称为“沈-赫-叶氏理论”,至今仍被广泛引用,成为经典。1988年,沈志云筹建中国铁路系统第一个国家重点实验室——西南交通大学牵引动力国家重点实验室,培养出一支国家级科研创新团队,在我国高铁建设中发挥了不可替代的作用。

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“衷心感谢入选‘四川百年百杰科学家’”,得知入选消息,92岁的沈志云谦逊地表示,“心感惭愧,因为贡献实在太少,徒有虚名而已。”

梳理其人生轨迹,从选择车辆维修专业、提出“沈氏模型”理论,到创建牵引动力中心国家重点实验室,沈志云70多年来的学术生涯始终与祖国的铁路建设紧密相连。如今,高速铁路已成为中国响亮的名片,改变了人们的生活方式。作为铁路高等教育领域的代表性人物,沈志云向新时代的高校科研人才表达了自己的期望:“高速轨道交通前景广阔,要研究解决的问题多,青年科学工作者大有用武之地。”

他的故事

感恩交大,一生结缘铁路

2018年,在西南交大校庆122周年之际,沈志云获评“感动交大十大年度人物”。领奖现场,沈志云深情地说:“不是我感动了交大,而是我要感恩交大。”

沈志云和西南交大的缘分,要从70年前说起。那时的沈志云一定不会想到,家兄的一番话,让他的的一生和轮轨、高校讲台联系在一起。

1929年,沈志云生于湖南长沙一个“教师之家”,父亲是乡村小学教师,哥哥、姐姐都是中学教师。从小,沈志云就在良好的家庭教育氛围中长大,求知上进,刻苦好学。1949年,毕业于湖南国师附中的沈志云同时拿到了清华大学、武汉大学、唐山工学院(现西南交通大学)三所大学的机械系录取通知书。三所名校,选谁?这成为摆在青年沈志云面前的一道“难题”。

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沈志云院士接受采访      

当时哥哥对沈志云说:“要学铁路你就应该选择唐山工学院,它可是云集了国内外铁路专业知名专家学者,号称‘东方康奈尔’。”

唐山工学院的前身是肇始于1896年的山海关北洋铁路官学堂,拥有一套独特的教学体系。最终,从小对铁路和机车感兴趣的沈志云听从了哥哥的建议,就读于唐山工学院机械系新中国成立后的第一班。大学毕业后,沈志云留在唐山工学院任教,后又前往前苏联留学,获得副博士学位。1961年留学归国后,沈志云仍在唐山铁道学院任教,并主持开设了“车辆修理”等课程,长期致力于编写教材和筹备实验室,同时也确定了“车辆动力学”这一主攻方向。

1979年,年近半百的他以惊人的毅力和深厚的专业功底写完了“韶山4型电力机车的动力学性能研究及参数优化”课题,同时完成论文《两轴转向架式机车的数学模型及数值结果》。

1981年8月,该论文在第七届国际车辆系统动力学年会上发表,受到整个学术界关注,这篇论文成为中国机车车辆动力学学科在国外发表的第一篇论文,让世界同行刮目相看。国际车辆系统动力学协会主席、英国威根斯教授对他极为赞赏:“没想到中国人在这个领域里的研究有这么高的水平!”自此,中国机车车辆动力学扬名海外。

他的成就

提出“沈氏理论”,推动高等教育与国际接轨

1982年,53岁的沈志云作为访问学者去到麻省理工学院进修,由于进修期只有一年,他在主要从事两项科研工作之外,还抓住一切的学习机会,一共听了八门由著名教授讲述的相关课程。由于没有时间仔细消化,更没有时间做作业,只能采取“牛吃草”的方法,集中精力先听讲做笔记,搜集讲稿、习题、参考资料,回国后再进行“反刍”,慢慢消化吸收。

正是在麻省理工学院访学期间,沈志云和赫追克教授合作进行课题研究,提出了后来名扬天下的轮轨蠕滑力模型研究。该理论后来被命名为“沈-赫-叶氏理论”(简称“沈氏理论”)而广泛引用。

轮轨蠕滑力,是指车轮在钢轨上滚动时产生的水平面的切向作用力。关于“轮轨蠕滑”,当时很多业内人士都熟悉但是敬而远之。1964年,剑桥大学的卡尔·约翰逊与沃尔缪伦联名发表了蠕滑力与蠕滑率的三次渐进曲线表达式,被称为沃尔缪伦-约翰逊方法。1967年,荷兰教授卡尔克教授提出了三维滚动接触的蠕滑力计算方法,被称为卡尔克蠕滑理论。这项理论权威但过于复杂,不便计算。

沈志云在美国废寝忘食,和图书为伴,与实验室为伍。经过无数次反复试验摸索,终于功夫不负有心人,找到了适用于车辆动力学计算的简化方法——非线性蠕滑力模型理论。

这套理论一经发表,引起学术界强烈反响,卡尔克称其为“铁路车辆动力模型最好的模型理论”,“非线性蠕滑力模型理论”是“1983年世界蠕滑理论新发展的标志”,并将其归纳为三维弹性体滚动接触力学四大理论之一。

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1997年,沈志云院士获得国家级教学成果一等奖      

自此,这一方法被各国专家称为“沈-赫-叶氏理论”而广泛引用。然而,沈志云回国后,从未提及该理论,只是把它当做沃尔缪伦-约翰逊的改进模型加以应用,一直到1991年,这个“低调”了8年之久的“沈氏理论”才被国人知晓。

2004年后,沈志云提出实验室要努力每年招收100名研究生,后来实验室的研究生最多时候达到600多人。这些研究生中,有一位是他和英国伦敦南岸大学合作培养的博士生西蒙,也让中国在这一领域的高等教育实现了和国际接轨。

1986年,西蒙慕名来到中国,在当时地处四川省峨眉山市的西南交通大学校区,沈志云指导西蒙开展了为期三个月的研究。西蒙是英国南部格温特郡人,西蒙作为该郡第一个由中国教授培养的博士,在故乡被传为佳话。

1987年,沈志云到南岸大学进行讲学,顺便参加西蒙的博士论文答辩和进行合作研究。论文答辩通过后,西蒙陪着自己的老师参观郡议会大厦,郡议会大厦为此专门升起了五星红旗。郡长也满身披挂勋章,高规格接待沈志云。

他的贡献

开专业教育先河,建起“轨道交通高水平人才大熔炉”

党的十八大指出,高速铁路等实现重大突破。“高铁建设的成绩获得肯定,我作为高铁工作者,是很自豪的。”沈志云认为,中国高铁实现了三大突破:理论突破、技术突破、管理突破,中国高铁技术已经在国际上处于领先水平。

1989年,沈志云在西南交大主持建成了中国铁路系统第一个国家级重点科研实验室——牵引动力国家重点实验室。该实验室的搭建,为中国高速铁路技术发展发挥了积极作用,也成为了中国铁路高端科技人才的孵化基地。

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沈志云(右二)院士考察验收京沪高铁线路工程      

有人曾经问沈志云:“您一生中最满意的事情是什么?”沈志云毫不犹豫地回答:“是在建成牵引动力国家重点实验室的同时,培养了一支国家级科研创新团队。”

对于中国高铁未来发展,沈志云有独特论述——“中国最高时速350公里的高铁已经跑了2亿多公里,运送了4亿人……”“下一个目标是时速600公里。”随着科学技术的进步,沈志云的这一推论逐渐转化为一个个清晰现实:中国和谐号CRH380A刷新世界铁路运营试验最高时速416.6公里,创下世界列车最高速!  

2019年5月28日,是沈志云九十岁生日。回想起这些年,自己投身一辈子的高铁事业,那些铁骨铮铮的誓言一次次成为现实,万里铁路网提前实现,这位科学家露出了欣慰的笑容。

高铁已经改变了人们的生活,对此我们深有体会,如今我们安全地享受便利的交通和物流便利,这一切都得益于科学家们持之以恒地进行科学研究。向一路坚持求真务实的沈志云院士致敬!(川观)