楊紹普：解碼“非線性” 守護中國路橋

圖為楊紹普。圖片由受訪者提供

　　【人物名片】

　　楊紹普，男，1962年11月出生，河北平山人，工學博士。現為石家莊鐵道大學黨委副書記、校長，石家莊鐵道大學教授、博士生導師，兼任IFToMM（國際機構與機器學聯合會）非線性振動技術委員會委員、中國振動工程學會副理事長。楊紹普致力於車輛動力學與機械系統故障診斷的研究，是我國非線性動力學與控制領域的知名專家，攻克了動力學與控制的若干關鍵理論與技術難題，為我國公路交通和軌道交通發展作出了重要貢獻。榮獲2018年河北省科學技術突出貢獻獎。

　　身材消瘦，一身藍色舊西裝、一雙黑色方口布鞋，走在石家莊鐵道大學校園裏，楊紹普像個貌不驚人的“掃地僧”。

　　武俠小説裏的“掃地僧”，深藏不漏，但武功超群。楊紹普正是這樣一位“高手”：他解決了提速機車懸挂系統振動難題，3次助力中國鐵路大提速；他提出基於車路相互作用的道路動態設計方法，提高了道路動態設計水準，保證了道路壽命和安全性；他開發出機械故障快速識別及診斷技術，為大型機械在高鐵、地鐵施工中安全運行“保駕護航”……

　　從事非線性動力學研究30多年，楊紹普説：“生命的軌跡猶如高度非線性運動。唯有拼搏奮鬥，才能走出有價值的曲線。”

　　助中國鐵路跑出新速度

　　上世紀90年代，中國旅客列車最高運行時速僅為110公里，貨運列車最高時速更是只有70公里左右。

　　提速迫在眉睫，但制約提速的一系列技術難題尚未解決，頭一樁就是提速機車的研製。

　　1996年，楊紹普接到鐵道部一道“英雄帖”，34歲的他，承擔了SS7提速機車懸挂系統振動控制的任務。

　　科研條件異常艱苦。“租一個振動試驗臺一小時收費3萬元，我們經費有限，租不起。”楊紹普自己動手，在學校原有的液壓實驗臺上設計改造了一個雙偏心機械激振裝置，讓研究得以繼續。

　　不分晝夜，楊紹普團隊鏖戰在實驗室，完成了牽引電機工作環境評價與計算、電力機車受電弓振動控制等一系列課題。

　　2000年，在大同機車廠為提速生産的SS7型電力機車振動問題研討會上，很多專家認為機車存在高頻振動問題，有安全隱患，建議“廢棄已花費幾個月做出的方案”。

　　楊紹普堅持，“原來的方案可以繼續。”他帶領團隊對相關參數反復進行分析優化，最終解決了機車電器設備振動過大問題，不但挽回一千萬多元成本投入，更節約了寶貴時間。

　　後來，這些成果應用於隴海線提速主力車型SS7B、SS7C、SS7D上，累計生産232台，保證了機車在160公里時速上平穩運行，為我國鐵路提速工程作出了重要貢獻。

　　就在鐵路提速工程推進時，按照原標準設計的橋梁出現了橫向振動超過規範限界的嚴重問題，對行車安全造成威脅。

　　1998年春節還沒過完，楊紹普率領團隊一頭扎到鄭州黃河大橋下做實驗。

　　火車經過時不能佈置感測器，研究人員只能抓住火車過後的“天窗”時間，上橋佈置感測器，檢查傳輸線路，反復調整減振裝置。

　　“天真冷啊，裹著兩件棉大衣一會兒就凍透了。”對於這些“苦”，楊紹普早已習慣：“這是鐵道人的家常便飯。”

　　一待兩個月，黃河大橋橫向振動問題終於解決。

　　此後幾年，楊紹普團隊的科研成果得到廣泛應用，為京廣線橋梁振動控制、秦嶺隧道貫通等重大工程提供了重要技術保證。2003年，楊紹普主持的“工程結構的振動控制與故障診斷研究及應用”摘取國家科技進步二等獎。

　　“一個人能不能幹成事，最終起決定作用的是頑強的毅力。能堅持，善思考，靈感才會冒出來。”楊紹普説。

　　給高速公路套上“長命鎖”

　　楊紹普選擇研究方向，一直堅持科學前沿和國家需求的“雙輪驅動”原則。

　　進入新世紀，我國公路交通高速化、重型化、智慧化戰略需求日益迫切。

　　怎樣進一步提升道路品質？高速公路好比“三明治”，由土基、碎石、瀝青等多層構成，道路設計者在進行結構設計時，往往根據“經驗公式和靜力學理論”進行指標驗算。

　　楊紹普想把動力學分析方法引入高速公路設計，使計算結果更精準。

　　2005年，基於多年研究，他提出一個“大膽”設想——突破以往單獨研究汽車動力學和路面動力學的傳統思路，將汽車和道路一體化考慮研究其非線性動力學行為。

　　乍一聽到這個想法，團隊成員心中也有疑問，“汽車是多剛體，道路是彈性體，關於剛柔相互作用非線性系統，國內外參考文獻不多，這樣的思路能走得通嗎？”

　　建模、分析、控制……等待楊紹普的，是一道道非線性動力學領域的國際前沿難題。

　　“非線性運動看似捉摸不定，其實內含規律，我們要做的就是在千絲萬縷的聯繫中抓住它。”楊紹普帶領團隊，一遍遍進行數據計算，最終建立了三維車輛—道路相互作用動力學模型，提出了車輛懸挂阻尼器非線性建模方法和高維剛柔相互作用系統振動分析方法，揭示了車路剛柔相互作用系統模態截斷收斂的機理，獲得了一批原創性成果。

　　在崇尚“技術”和“實用”的當下，敢於挖深井、願下慢功夫，從最基礎的理論研究做起，是楊紹普的堅持。

　　“技術創新不是憑空産生的，源頭和根基就是基礎研究所産出的新知識、新原理。在楊老師這，十年二十年磨一劍是常有的事。”石家莊鐵道大學教授李韶華説。

　　從基礎研究，到技術發明，再到工程應用，楊紹普團隊每一項創新都有一整套完整的理論體系做支撐。

　　潛心基礎研究的楊紹普，並非“兩耳不聞窗外事”。他提倡理論聯繫實際，用科學成果解決實際工程應用中的難題。

　　2008年，團隊將研究成果應用於高速公路監測，在大廣高速構建了一條試驗段。

　　“我們要跟著路面施工，同時埋入感測器。”楊紹普一有時間就往工地跑，路段施工了一年，他們跟著埋了一年。

　　隨著路面施工的動態推進，研究人員檢查時，發現有部分感測器出現偏移。楊紹普露出了少有的嚴厲神色，“偏出預設線路的必須精確定位、記錄好信息，這關係到工程數據和研究結論，絕不能有半點疏忽。”

　　最終，感測器的存活率達到85%以上，為後期數據分析打好了基礎。

　　包括大廣、太行山及冬奧會延崇高速等在內，楊紹普團隊的科研成果正在應用於多條高速公路的結構設計，提升了道路的主動安全性。

　　2017年，“高速運動剛柔相互作用系統非線性建模與振動分析”項目斬獲國家自然科學獎二等獎，成為河北省主持項目在基礎研究領域取得的又一重大突破。

　　推出“優青計劃”，培養年輕學術帶頭人

　　“40歲，年齡段卡的太嚴了！”

　　“政策好是好，可這‘得罪人’的事推得開嗎？”

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　　2014年3月，石家莊鐵道大學裏展開了一場爭論，起因是楊紹普向校黨委提出的一份關於實施“優秀青年科研拔尖人才計劃” 的建議。

　　“人才是發展的根本。”分管科研和學科建設工作十多年，楊紹普對人才成長規律有著深刻認識。他惜才愛才，手把手帶起了一大批青年骨幹。

　　學校的科研團隊日益壯大，可關於青年帶頭人問題的思慮，仍時時壓在楊紹普心頭，“我們現在有一批學術帶頭人，但十年之後靠什麼立足？”

　　與其捨近求遠，把眼睛盯著海歸人才或是國家“211”“985”的精英，不如踏踏實實把自己的優秀青年教師培養起來，充實學術梯隊中堅力量。

　　他在建議中提出，“主持過國家級項目、4篇SCI收錄的論文、40歲以下”，只要符合這些條件，不用評審直接納入計劃，學校給20萬元科研啟動經費。

　　一時間，支持者、質疑者、反對者……各種聲音不絕於耳。

　　楊紹普頂住壓力：“門檻高低大家可以民主討論，但是選拔方式必須變一變。”

　　最終校黨委討論決定，同意投入千萬元啟動“優青計劃”，並且“全力支持、儘快實施”。從醞釀討論到徵求意見，再到“優青計劃”最後實施，僅用了一個月。

　　自此，鐵道大學開闢了一條摒棄“人為因素”、靠“硬杠杠”選拔培養青年人才的新路子。

　　20萬元經費，意味著什麼？

　　“起步的第一個臺階。”

　　楊紹普説，“30來歲的科研苗子，申請國家和省裏的基金不容易。20萬元經費可能成就一個全新的研究課題，這些苗子可能成長為未來的學術帶頭人，甚至是知名專家。”

　　激勵效應持續發酵。“優青計劃”實施以來，共資助6批83人，學校新增國家級項目21項，省部級以上項目55項，發表SCI 、EI論文345篇……

　　“有一個數據更有説服力。83名‘優青’，承擔了全校75%的國家級項目。”楊紹普露出笑容，眉頭的一道道皺紋，慢慢舒展開來。（記者劉榮榮）