【正文】 瀚海星云 　　致謝 同濟(jì)大學(xué)徐鑒教授，北京大學(xué)劉才山副教授為本文提供了部分素材，在此一并致謝?！　》e極鼓勵(lì)大型研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)像中國(guó)工程物理研究院一樣與國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立聯(lián)合資助項(xiàng)目，針對(duì)國(guó)家的中長(zhǎng)期科技發(fā)展需求，支持開發(fā)大型的動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制分析和設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。除更多地吸引人才外，現(xiàn)有中青年學(xué)者的基本功訓(xùn)練和學(xué)風(fēng)培養(yǎng)同樣尤為重要。對(duì)于面上資助項(xiàng)目，在評(píng)審時(shí)或項(xiàng)目中期選擇有望取得重要進(jìn)展的項(xiàng)目給予比較高強(qiáng)度的資助，允許項(xiàng)目組用五年左右的時(shí)間進(jìn)行潛心研究，出重要成果。就我國(guó)動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制研究的現(xiàn)狀而言，目前人才匱乏比實(shí)驗(yàn)室設(shè)備落后更為緊迫。充分發(fā)揮專家的作用，以科學(xué)、民主的程序確立我國(guó)在動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制研究中的主攻方向，發(fā)展戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)。應(yīng)從工程科學(xué)中提取新的動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制問(wèn)題，發(fā)展或吸收新的概念、方法及技術(shù)加以解決，從而不斷開拓動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制研究的范疇，而不是在新的科學(xué)問(wèn)題里尋找傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)在哪里。國(guó)內(nèi)青年學(xué)者的部分研究工作已轉(zhuǎn)到新的方向，需要緊緊跟上這種轉(zhuǎn)變。三是國(guó)家和各單位的現(xiàn)有科技評(píng)估政策比較有利于短期行為和單兵作戰(zhàn)。一是國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，工業(yè)界自身的研究與發(fā)展能力弱，提出的原始問(wèn)題少。(3) 研究力量比較分散，除了作為重大項(xiàng)目資助的非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究以外，沒(méi)有多少團(tuán)隊(duì)層面上的研究計(jì)劃。(2) 大部分項(xiàng)目以理論和方法研究為主，以通過(guò)簡(jiǎn)單算例驗(yàn)證而告終，沒(méi)有形成工程化軟件。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制方面的研究存在以下不足：(1) 較少涉足全新的領(lǐng)域，如在微機(jī)電系統(tǒng)、納米元器件等新技術(shù)相關(guān)的動(dòng)力學(xué)研究方面基本處于空白。例如，在分析動(dòng)力學(xué)、多柔體動(dòng)力學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)、分岔和混沌動(dòng)力學(xué)分析、非線性隨機(jī)振動(dòng)、非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、非線性時(shí)滯系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)主動(dòng)控制等方面，我國(guó)學(xué)者的研究與國(guó)外同行日趨同步，在SCI源期刊上發(fā)表了一批高水平的論文，出版了多部學(xué)術(shù)著作，部分研究工作具有鮮明的特色。因此，有必要研究介于量子力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)之間的動(dòng)力學(xué)，使之能用于納米器件的動(dòng)態(tài)模擬和設(shè)計(jì)。目前，對(duì)納米機(jī)械的設(shè)計(jì)尚處于探索階段，例如采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究納米齒輪的可行性。(4) 納米機(jī)械的動(dòng)力學(xué)模擬。幾乎未從非線性動(dòng)力學(xué)的高度來(lái)研究非線性振動(dòng)、動(dòng)力穩(wěn)定性等問(wèn)題。MEMS中的非線性主要源于微機(jī)構(gòu)、微驅(qū)動(dòng)器(如靜電電機(jī))，例如柔性鉸產(chǎn)生的幾何大變形、摩擦等。當(dāng)器件尺度很小時(shí)，溫度、驅(qū)動(dòng)功率、Brown運(yùn)動(dòng)、Johnson噪聲、光子、電子、吸收分子的波動(dòng)等都影響噪聲特性，有可能限制超微傳感器的應(yīng)用.這些都是MEMS發(fā)展中需要認(rèn)真解決的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。已有實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于基于共振或?yàn)V波原理的微傳感器，其工作頻率范圍達(dá)kHz或GHz, 會(huì)產(chǎn)生由于尺度引起的穩(wěn)定性問(wèn)題。(2) 尺度效應(yīng)分析。因此，需要有適應(yīng)各種學(xué)科和各種，上述多學(xué)科耦合的數(shù)值模擬規(guī)模非常大。對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬需要使用含計(jì)算流體力學(xué)模塊的ANSYS有限元軟件包FOLTRAN和電網(wǎng)絡(luò)模擬軟件HSPICE，聯(lián)合解決多學(xué)科耦合的MEMS仿真與設(shè)計(jì)。許多MEMS包括了固體、流體、熱傳導(dǎo)、電磁、靜電等相互作用。例如，對(duì)于微發(fā)動(dòng)機(jī)中的運(yùn)動(dòng)部件、微慣導(dǎo)儀器，必須從動(dòng)力學(xué)角度去進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。除了少數(shù)二維器件的設(shè)計(jì)外，多數(shù)設(shè)計(jì)借助于ANSYS等商品化軟件進(jìn)行試湊；除了一些微加速度計(jì)的設(shè)計(jì)外，多數(shù)設(shè)計(jì)尚屬于結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)范疇。與傳統(tǒng)機(jī)械和結(jié)構(gòu)相比，MEMS的研制過(guò)程更具有設(shè)計(jì)與制造一體化的特征。西方發(fā)達(dá)國(guó)家正在積極研制用于軍事目的的微型航空器、重量在1kg級(jí)、。 微機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)　　近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)(micro electromechanical system, MEMS)正走出實(shí)驗(yàn)室，成為21世紀(jì)初的新興產(chǎn)業(yè)。(4) 略的魯棒性、穩(wěn)定性、以及相關(guān)的最優(yōu)控制策略問(wèn)題。(3) 動(dòng)邊界問(wèn)題的處理技術(shù)。(2) 變結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)過(guò)程整體動(dòng)力學(xué)特性的描述?？梢钥闯觯鲎才c變結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)不僅具有廣泛的工程應(yīng)用背景，并且涉及到多體動(dòng)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、控制理論等多學(xué)科共同關(guān)注的基礎(chǔ)理論問(wèn)題，因此，開展碰撞與變結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及相關(guān)的碰撞振動(dòng)研究具有重要的理論意義和工程價(jià)值。我們必須注意到柔性體發(fā)生碰撞時(shí)可能激發(fā)的多種不同的運(yùn)動(dòng)形式：(1) 碰撞體的整體運(yùn)動(dòng)；(2) 碰撞體在碰撞點(diǎn)臨近的局部變形運(yùn)動(dòng)；(3) 柔性體的結(jié)構(gòu)變形運(yùn)動(dòng)；(4) 應(yīng)力波的傳播等。這些假設(shè)包括：(1) 碰撞瞬態(tài)假設(shè)；(2) 碰撞局部性假設(shè)；(3) 碰撞法向運(yùn)動(dòng)不受切向運(yùn)動(dòng)影響的假設(shè)；(4) 恢復(fù)系數(shù)只依賴于碰撞體材料性質(zhì)，而與碰撞體的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)條件無(wú)關(guān)的假設(shè)；(5) 切向沖量Whittaker理論來(lái)確定的假設(shè)。牛頓、Poisson及Whittaker理論構(gòu)成了經(jīng)典碰撞動(dòng)力學(xué)理論的框架，但實(shí)際上它所能處理的問(wèn)題僅限于兩個(gè)球狀近剛性物體的正碰撞或斜碰撞問(wèn)題。由于這類系統(tǒng)包含運(yùn)動(dòng)過(guò)程中約束性質(zhì)的變化，因此，其動(dòng)力學(xué)過(guò)程是非光滑、來(lái)看這類系統(tǒng)可以歸并為一類含不等式約束的非線性微分代數(shù)混合系統(tǒng)，對(duì)這類系統(tǒng)解的性質(zhì)的研究涉及到不等式變分原理、穩(wěn)定性理論、含線性并協(xié)性條件和非線性并協(xié)性條件的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題、以及相關(guān)的數(shù)值算法等當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域研究的內(nèi)容。如何合理的描述變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程已成為解決當(dāng)前包括航天工程、機(jī)器人技術(shù)、生物工程等許多工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究課題。 變結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)與碰撞振動(dòng)　　變結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)在工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景，如航天器的交會(huì)對(duì)接，空間機(jī)器人捕獲衛(wèi)星，步行機(jī)器人、飛行器分導(dǎo)、以及結(jié)構(gòu)中的間隙作用等等都屬于這類動(dòng)力系統(tǒng)的研究范疇。(4) 研究在風(fēng)作用和支座運(yùn)動(dòng)情況下柔性索和柔性梁耦合的混沌動(dòng)力學(xué)，建立水平索和斜拉索與柔性梁耦合情況下的非線性動(dòng)力學(xué)方程，研究系統(tǒng)在多種共振情況下的全局分岔和混沌動(dòng)力學(xué)，確定多脈沖同宿軌道和多脈沖異宿軌道。(3) 研究單柔性輸流管，雙柔性輸流管以及多排輸流管的全局動(dòng)力學(xué)。(2) 計(jì)算問(wèn)題：由于計(jì)算對(duì)象屬于多時(shí)間尺度、多介質(zhì)耦合問(wèn)題和非線性問(wèn)題，因此其難度很大。　　流體－彈性體－剛體耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制涉及的學(xué)科面廣，難題也自然多。(3) 多時(shí)間尺度效應(yīng)：剛體(或系統(tǒng)整體)、彈性體和流體運(yùn)動(dòng)的特征周期一般屬于兩個(gè)以上不同的時(shí)間尺度。這里的剛體可能是可以處理成剛體的真實(shí)物體，也可能是刻畫系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)的剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)。流體－彈性體－剛體合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制則是上述兩個(gè)交叉學(xué)科的進(jìn)一步交叉與融合，從學(xué)科上來(lái)看涉及固體力學(xué)、流體力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制等學(xué)科，從工程上來(lái)看與航天、航空、航海、動(dòng)力機(jī)械、石化、生物等領(lǐng)域均有密切的聯(lián)系。 流體彈性體剛體耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制　　流固耦合動(dòng)力學(xué)是固體力學(xué)和流體力學(xué)交叉形成的一個(gè)動(dòng)力學(xué)分支，主要研究變形固體和流體兩種介質(zhì)之間的交互作用，即在流體動(dòng)載荷作用下固體產(chǎn)生的變形和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，而變形和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)反過(guò)來(lái)影響流場(chǎng)從而改變流體載荷的分布和大小。.(3) 非線性多時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)初值問(wèn)題、周期解問(wèn)題的高效數(shù)值計(jì)算方法，以及相應(yīng)的穩(wěn)定性計(jì)算方法。值得注意的研究?jī)?nèi)容有：(1) 非線性時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的非Hopf分岔、高余維退化分岔（如退化的Hopf分岔）分析與計(jì)算方法。但研究隊(duì)伍規(guī)模小，研究方法尚未形成體系，所得的結(jié)果還是局部的，在時(shí)滯引起動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜性的研究方面與國(guó)外學(xué)者的研究工作尚有差距?！　膰?guó)際范圍內(nèi)看，時(shí)滯因素對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的影響機(jī)理正日益受到重視。這方面的研究主要集中在生物數(shù)學(xué)界，對(duì)于分岔的研究尚限于非退化的Hopf分岔。(2)對(duì)線性時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)