海洋，这个孕育着生命、推动着文明的壮阔舞台，见证了人类历史的兴起、繁荣和传播。我们与海洋密切共融、持续发展，化作文明演进的新篇章。海洋装备在其中发挥了关键作用。本次茶座从海洋装备角度出发，带我们踏上了一场感知海洋、认识海洋、探索海洋并展望海洋之旅。
2023年10月18日下午4点，第34期“周三茶座”有幸邀请到了北京大学工学院院长、长江学者特聘教授段慧玲为大家讲解“人类与海洋的共融史——力学与海洋装备研制的演进”。中国科学院院士、北京大学物理学院王恩哥教授主持了此次茶座。
本次茶座专注于海洋装备，向大家展示了海洋装备研制与人类文明进步的共融关系。段慧玲教授为我们详细分析了海洋装备研制中的力学原理，并带领我们展望了未来海洋装备的发展。
主持人王恩哥院士和主讲人段慧玲教授
人类文明与海洋密不可分。在史前，人类沿海洋迁徙，将足迹遍布这颗星球。在古代，郑和下西洋，哥伦布发现新大陆，沿海洋促进文明交流。在现代，轮船承担运输任务，是人类社会的动脉。
我们的海洋装备在不断发展，从最原始的木筏、独木舟、帆船，到蒸汽机应用于轮船上，再到现代船舶应用核能动力，海洋装备的研制与力密不可分；人类不断为装备增强动力，降低阻力，以克服大尺寸的挑战。
段慧玲教授介绍海洋装备研制历史
在动力方面，蒸汽明轮首次实现了从人力和风等自然力到机械力的转变。为了克服蒸汽明轮体积大且推进效率低的问题，人们受阿基米德螺旋的启发发明了螺旋桨，利用流体力学中的伯努利原理产生动力。因具有更高的推进效率，螺旋桨在现代海洋装备中得到了广泛应用。
在阻力方面，提高海洋装备的快速性必然需要减小阻力。流固界面摩擦阻力、压差阻力是海洋装备阻力的主要来源。可以通过流固界面的滑移边界降低摩擦阻力，对外形进行优化设计降低压差阻力。
在浮力和压力方面，深海的浮力和压力是深海装备安全运行的重要因素。深海装备可通过调节重力与浮力的关系，实现上浮下潜以及定深航行；而深度每下降10米，作用在装备上的压力就增加1个大气压；到了水下10000米，会增加1000个大气压。因此，深海装备的研制需要考虑材料选择和结构设计等关键问题，以满足耐压性等要求。
讲座现场掠影
接下来，段慧玲教授介绍了她的团队在水下滑移边界流固耦合力学理论和水空跨域流动控制技术方面的研究进展。界面广泛存在装备结构中，影响载荷传递、流动减阻、材料破坏。流体与固体界面的相互作用规律是保障大型舰船、水下航行器和国防装备高效可靠运行的基础，需要多学科交叉融合研究、协同攻关。通过力学建模，预测先进结构的宏细观力学行为，揭示演化规律；通过物理学进行微观机理与物性分析；通过材料/化学优化组成-结构-功能-工艺设计；通过制造实现先进结构装备及相关工程应用。段慧玲教授围绕“界面连接结构，结构集成装备”科研范式，开展“界面设计结构设计仿生装备设计”全链条多层次的多学科交叉研究，揭示了界面力学规律，发展了界面力学新理论与新方法，为海洋装备的研发提供了理论基础与技术支撑。
在讲座的结尾，段慧玲教授对未来探索海洋、研究海洋、开发海洋进行了展望。段慧玲教授通过对海洋装备发展史的回顾以及她个人的科研经历告诉我们：“从基本的力学原理出发，去探索大海的真理，是科技工作者的担当与使命。”
段慧玲教授的讲座引起了听众的共鸣，她与在场嘉宾就材料在海洋装备的应用、海洋生物仿生技术与海洋装备研制等问题进行了交流。
观众向段慧玲教授提问交流
王恩哥院士代表前沿交叉学科研究院和听众对段慧玲教授的精彩讲座表示了衷心感谢并赠送了周三茶座纪念品。
赠送纪念品
