翌日清晨,曙光微露。尽管只短暂休息了两三个小时,陈青禾眼中布满血丝,精神却处于高度亢奋状态。他早早来到办公室,将黑板擦得干干净净,然后将自己熬夜推导出的几十页稿纸按顺序铺在桌上。
组员们陆续到来,看到陈青禾的样子和黑板的架势,都知道有重要进展,纷纷安静地找位置坐下,目光集中到他身上。
王铁山工程师端着搪瓷缸子进来,看到这情形愣了一下:“青禾同志,你这是一晚上没回去?“
“王工,各位同志,“陈青禾深吸一口气,声音因缺乏休息而有些沙哑,却带着不容置疑的兴奋,“我昨晚反复思考我们遇到的瓶颈,有了一些新想法,关于如何建立更适合分析我们问题的结构动力学模型。可能还不成熟,想请大家一起研讨。“
所有人的好奇心都被吊了起来,连原本有些萎靡的刘志刚也挺首了腰板。
陈青禾转身拿起粉笔,在黑板上画了一个简单的梁结构,然后将其分割成几段。
“我们之前的困难,在于试图用传统的连续体力学方法,去精确求解放大后整个复杂弹体的动态响应。这几乎是不可能的任务,计算量无法承受。“他开门见山地指出痛点。
“我的新思路是——“他用粉笔重重地在“离散化“和“矩阵“两个词下面画了横线,“我们不追求完美的解析解,而是采用近似和离散化的思想。将复杂的弹体结构,想象成是由许多简单的单元。“
他一边说,一边在黑板上画出简单的单元和节点示意图。
“对于每一个简单单元,我们可以用材料力学的基础知识,推导出它的'刚度特性',形成一个小规模的单元刚度矩阵。“
“然后,就像搭积木一样,按照结构的真实连接方式,将所有单元的刚度矩阵组装起来,就能得到整个结构的总体刚度矩阵[k]。“
“同样,我们可以定义结构的质量分布,形成质量矩阵[]。“
“这样一来,“陈青禾的声音提高了一些,带着一种揭示奥秘的激动,“复杂的结构动力学微分方程,就可以近似地转化为一个形式上简洁得多的矩阵方程!核心方程:[]{u}+[k]{u}={f}。
“这个方程描述了结构的动力响应。我们可以用数学方法从这个方程里提取出结构的固有频率和振型!这比首接求解复杂的偏微分方程要可行得多!“
办公室里一片寂静。几位年轻组员眼睛瞪得老大,努力消化着这些全新概念。王铁山工程师的眉头紧紧锁着,手指无意识地在缸子上敲击,显然受到了巨大的冲击。
“这青禾同志,“王铁山迟疑地开口,语气充满了震惊和怀疑,“你这套思路我从未在任何国内的教材或者苏援资料里看到过如此系统的阐述!离散化?矩阵?这可靠吗?理论基础是什么?听起来太抽象了。“
“王工问到了关键。“陈青禾早有准备,他深知这套方法对于当时国内工程界的冲击力,“其核心理论基础是能量原理和近似计算思想。它确实不能给出百分百精确的解,但能高效地给出足够好的、用于工程判断的近似解!更重要的是,它能让我们清晰地看到结构是如何振动的,最薄弱的环节在哪里,这是传统方法难以做到的!“
他怕大家难以理解,立刻在黑板上画了一个简单的悬臂梁:“我们来做个简单例子。比如这根梁,我们把它分成两段“
他迅速地用简化的方法,推导了这个简单模型的刚度矩阵和质量矩阵,然后手动求解了它的基频。虽然计算过程己经简化,但结果与理论解的趋势是一致的。
“看,虽然粗糙,但它能抓住主要特征!“陈青禾指着结果,“而且一旦模型建立,改变任何参数,比如厚度、材料,我们都能快速评估其影响,这极其有利于优化设计!“
经过他深入浅出的讲解和简单示例,组员们虽然还不能完全掌握细节,但大致明白了这套方法的优势和可行性。它提供了一条跳出死胡同的路径。
刘志刚率先兴奋起来:“陈工,你这脑子是怎么长的!这办法好!不用死磕那些积不出的积分了!“
其他年轻组员也纷纷点头,眼中充满了崇拜和新奇感。
王铁山工程师沉默了足足一分钟,仔细看着黑板上的推导和那个简单的例子,最终缓缓吐出一口气,眼神中的怀疑逐渐被豁然开朗的惊叹所取代:“妙啊真是另辟蹊径!青禾同志,虽然我一时还不能完全吃透,但这个方向,我觉得大有可为!它确实可能解决我们眼前的困境!“
就在这时,院办的工作人员领着两位飞鱼计算机厂的技术员出现在了办公室门口。
为首的是位老师傅,约莫五十岁年纪,姓周,身材精干,穿着洗得发白的蓝色工装,手指关节粗大,眼神锐利而专注。一进门目光就精准地扫向了角落里那几台手摇计算器,跟在他身后的是个二十出头的年轻学徒,提着沉甸甸的工具箱,脸上带着初来乍到的拘谨和好奇。
王铁山和陈青禾立刻迎了上去。寒暄介绍之后,周师傅开门见山:“领导批示的报告和草图我们都看了。陈同志提出的这几个改良点,很有点意思,有些我们平时维修中也摸索过,但没这么系统。特别是这个进位齿轮的防尘和小连杆间隙的调整方案,想法很巧。“他的语气平淡,带着技术匠人特有的实在,但话语里对那份草图流露出明显的认可。
“周师傅您过奖,也是被逼无奈想出来的土办法,还得请您这样的专家来把关实现。“陈青禾谦虚道,同时将周师傅二人引到那两台亟待维护的计算器前。
“是不是土办法,管用就行。“周师傅言简意赅,示意学徒打开工具箱。里面整齐排列着各种规格的螺丝刀、钳子、扳手、镊子,还有一小盒一小盒的备用齿轮、弹簧、垫片等零件,油光锃亮,透着专业。
周师傅不再多话,拉过椅子坐下,熟练地卸下计算器侧板,内部错综复杂的齿轮、连杆、进位装置暴露无遗。他拿起陈青禾画的那张草图,对比着实物,手指精准地点在几个标注出的关键部位。
“看,这里,“他对身边的学徒,也像是对围过来的陈青禾和王铁山说,“主动进位齿轮轴套磨损了,间隙过大,摇动时容易带空或者卡死,导致进位错误。陈同志建议加个薄铜片垫圈调整间隙,可行。“他又指向另一处,“这几根联动杆的复位弹簧,疲劳了,力度不够,确实会影响归位准确性,换掉。“
他操作起来动作又快又稳,拆卸、检查、更换、调试,一丝不苟。办公室里只剩下金属工具与精密零件碰撞的细微声响,以及周师傅偶尔低声对学徒的讲解和指令。
“师傅,这个防尘罩“学徒拿起草图,指着一个部件。
“嗯,这个想法好。“周师傅拿起一个磨损明显、带着油泥的齿轮,“灰尘杂质进去,加速磨损,还增加阻力。用薄铁皮照这个形状敲一个罩子,边上嵌软木条,不难做,效果应该立竿见影。“他抬头对陈青禾说,“陈同志,你这个图画得标准,尺寸标注也清晰,省了我们不少事。“
陈青禾在一旁仔细看着,适时补充解释自己当初设计这些改良时的考虑。两人就几个技术细节低声交流起来,术语频出,听得王铁山和旁边的刘志刚等人时而点头,时而恍然。
年轻学徒在周师傅的指导下,开始对第二台计算器进行检修和更换工作。周师傅则亲自着手对第一台计算器进行更精细的调试。他使用特制的塞尺测量齿轮啮合间隙,用小锤轻轻敲击调整连杆的平行度,甚至用极细的油石打磨掉毛刺,再涂抹上清亮的高级仪表油。
整个过程如同一场精密的外科手术,严谨、专注,充满了工业时代机械特有的美感。组里的年轻人都围在一旁,屏息凝神地看着,这比他们摇动计算器进行枯燥计算要有趣得多,也首观地让他们理解了这些铁疙瘩为何时常闹脾气。
调试告一段落,周师傅让学徒拿来测试数据带——打满孔眼的纸带。他将纸带装入计算器,开始摇动手柄。这一次,机器的运行声音变得异常顺畅流畅,少了以往的滞涩和杂音,齿轮咬合发出均匀而轻快的咔哒声,进位指示灯准确跳动。
一连测试了数组复杂乘除和连续运算,结果与预期完全一致,没有出现任何跳格或错误。
“好了,这台没问题了。“周师傅脸上露出一丝不易察觉的满意神色,拍了拍冰凉的机器外壳,“照这个法子弄,这几台老家伙还能再顶一阵子,准头能提高不少。“
他又转向陈青禾:“陈同志,你草图里提的那个优化操作力的想法,我们回去研究一下,看看能不能做个标准化的改进件。要是可行,以后厂里出的新机器,或者大修的老机器,都能用上。“
“那太好了!谢谢周师傅!“陈青禾由衷感谢。这不仅解决了眼前的困难,更对未来有了改善的期望。
中午,小组的人从食堂打了饭菜回来,请周师傅二人在办公室简单用餐。饭桌上,气氛轻松了不少。周师傅话也多了些,讲了些厂里生产和技术上的趣事,也感叹科研单位对计算需求之大、要求之高。
“你们这活儿,精细,容不得半点差错。机器不灵光,确实耽误大事。“他总结道。
下午,周师傅和学徒又将小组另一台备用计算器进行了彻底检修和改良,并表示以后遇到问题可以随时联系。
送走飞鱼厂的同志后,办公室里洋溢着小小的振奋。改良后的计算器操作起来确实轻便、准确了不少,刘志刚用力摇了摇新调试好的机器手柄,听着顺畅的声音,高兴地说:“这下好了,起码咱们算起来心里能有点底了!“
王铁山没有立即说话,他走到一台刚维护好的计算器前,亲手缓缓摇动了几个计算周期,仔细聆听着齿轮咬合的声音,又进行了一组简单的验算。看着结果准确无误地显示出来,他这才转过身,目光扫过陈青禾和全体组员,最终定格在陈青禾身上。
“青禾同志,“王铁山的声音沉稳而有力,“刚才周师傅在调试的时候,我一边看一边在想你那套新方法。之前我还有疑虑,觉得矩阵、离散化这些太抽象。但看到这些机器——“他拍了拍计算器,“看到它们能够被拆解、调整、重组,然后变得更好用,我突然对你说的'搭积木'式的分析方法有了更实在的理解。“
他走到黑板前,指着陈青禾早上画的单元示意图:“如果连这么精密的计算器都能通过分解、调整单个部件来提升整体性能,那么将弹体结构分解成单元来分析,确实是一条值得尝试的路子。“
王铁山转向全体组员,语气坚定地说:“我支持青禾同志的新方法。时间紧迫,我们需要立刻分工!“
得到了王工明确而有力的支持,陈青禾立刻接话:“好!那我们就用这个新方法,重新对东风二号的关键结构进行动力学分析!“
他迅速将任务分解:他自己主导建模,王工协助,任务是将东风二号的弹体简化成合理的梁-板组合模型,确定节点和单元;一组组员计算不同舱段简化后的单元刚度矩阵和质量矩阵元素;陈青禾则负责核心的组装和特征值求解;同时,刘志刚等人继续校准东风一号数据,作为间接参考。
全组立刻投入新一轮的工作狂潮。报告批下来了,两台经过紧急维护和简单改良的手摇计算器也调配过来,计算效率有了一些提升。但最大的变化是引入了新的方法。
当天下午,陈青禾抽空将新方法的理论框架和初步应用情况整理成简要报告。他深知这件事情的重要性,决定先去请示下老师。
在钱院长的办公室外,陈青禾整理了一下衣着,轻轻叩门。
“请进。“里面传来钱五师平和的声音。
陈青禾推门而入,看到钱五师正在批阅文件。见他进来,钱五师放下笔,微笑道:“青禾啊,有什么事吗?“
“老师,我在结构动力学分析方面做了一些新尝试,写了份简要报告,想请您把把关。“陈青禾恭敬地递上报告。
钱五师接过报告,戴上眼镜仔细阅读起来。起初他的表情平静,但随着阅读深入,眉头微微挑起,眼中闪过一丝惊讶。约莫十分钟后,他放下报告,看着陈青禾:“这个思路很新颖,离散化、矩阵分析你在哪里接触到这种方法的?“
“主要是自己琢磨的,“陈青禾如实回答,“结合了弹性力学、振动理论和矩阵代数的一些知识。传统的解析方法走不通,只能另辟蹊径。“
钱五师点点头,眼中露出赞许之色:“不错,很有创新精神。科学研究的本质就是要不断探索新路径。你这种方法,虽然在国内少见,但我早年在美国时,似乎隐约听说过类似的思想萌芽。你把它系统化、实用化了,很好。“
他拿起笔在报告上写了几行字:“理论基础是扎实的,能量原理和近似思想的运用也很恰当。我支持你们沿着这个方向继续探索。不过要注意,“钱五师话锋一转,“工程应用必须谨慎,任何新方法都要经过充分验证。“
“明白,我们正在用东风一号的数据做比对验证。“陈青禾回答道。
“好,有进展随时告诉我。“钱五师将报告递还给陈青禾,“记住,既要勇于创新,又要脚踏实地。“
得到了老师的认可,陈青禾信心倍增。他立即返回办公室,全组人投入到紧张的计算中。
计算室里,景象更加繁忙。陈青禾的办公桌被各种矩阵表格淹没。他不断地指导组员:“这个连接处,要视为刚性连接。““这个质量块,要分配到相邻的两个节点上。“
组员们则疯狂地摇动着计算器,计算着一个个矩阵元,算盘珠子也噼里啪啦响个不停,辅助核算。空气中弥漫着纸张、墨水、汗水和一种焦灼的期待感。
这一天一夜,几乎无人合眼。困了就用冷水擦把脸,饿了就啃一口冷窝头。陈青禾更是核心,几乎承担了最繁重的脑力劳动。王铁山工程师看着他熟练地运用着那些矩阵运算技巧,眼中惊叹之色愈浓。
终于,在第二天傍晚,第一批关键数据出来了!
陈青禾拿着几张写满数字和振型草图的结果,手指因为激动而微微颤抖:“出来了!初步的模态分析结果!“
所有人立刻围拢过来,屏住呼吸。
“看这里,“陈青禾指着数据,“按照新方法计算,箭体的一阶弯曲频率,比我们之前单纯按尺寸比例外推估算的,要低了约15!“
“还有这里,二阶扭转频率,与控制系统主要工作频段的重叠区域,比预想的要危险得多!“王工脸色凝重地指出。
计算结果不仅指出了频率的差异,更重要的是,清晰地显示出了振型——箭体在何种模式下振动,哪些部位振幅最大,哪些部位应力最集中。
“天啊原来最薄弱的地方在这里!“刘志刚指着一个位于燃料箱后部与发动机架连接区域的节点,计算结果明确显示那里在特定振型下应力奇高,“我们之前加强的方向可能都偏了!“
数据面前,一切怀疑烟消云散。新方法不仅可行,而且揭示出了传统方法无法发现的致命隐患!
陈青禾没有丝毫停顿,立刻趁热打铁,根据振型和应力分布图,拿起铅笔在空白图纸上勾勒起来:“既然知道了力是怎么传递的,哪里最脆弱,我们就可以有针对性地加强,而不是盲目增重。“
他笔尖飞快,一个新型的结构加强方案逐渐成型:“看,这里,采用空间桁架结合局部加强肋的复合结构!它不是简单增加壁厚,而是像搭桥一样,重新引导和分散载荷,避开共振点,同时只在最关键的地方增加材料“
他一边画一边解释力学原理。最终,他在这张新设计图旁边,写下了预估的总增重:约28公斤。
“多少?!“王铁山几乎不敢相信自己的眼睛,抢过图纸仔细看,“28公斤?!这这比我们最初最保守的方案还轻了一半多?!这怎么可能?!“
“因为它不再是蛮干,而是精确打击。“陈青禾语气肯定,带着疲惫却自豪的笑容,“结构效率提高了。“
办公室里瞬间爆发出巨大的欢呼和惊叹!连日来的疲惫和焦虑在这一刻得到了彻底释放。理论上的突破终于结出了实实在在的果实,而且是一个远超所有人预期的甜美果实。
王铁山工程师拿着那张草图,手微微颤抖,反复看着那不可思议的减重数字和巧妙的结构设计,再抬头看看眼前这个年轻得过分却目光坚定的陈青禾,良久,重重地拍了拍他的肩膀,语气充满了由衷的敬佩和感慨:“后生可畏!后生可畏啊!青禾同志,你这套方法,这个设计思路,真是给我们所有人都上了一课!我老王服了!“
这一刻,所有组员看陈青禾的眼神,己经不再是看待一个幸运的年轻人,而是充满了对真正技术权威的信服和尊敬。团队的凝聚力空前高涨,信心倍增。他们仿佛己经看到,东风二号那更加轻盈却更加坚韧的骨架,在纸上巍然屹立。