陈玉丽：一个温婉女孩与她的固体力学

编者按

“中国青年女科学家奖”是欧莱雅和联合国教科文组织“为投身于科学的女性”计划在中国的发展和延伸，由中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会以及欧莱雅中国于2004年联合设立，已成为专门面向广大女科技工作者的全国性奖项。截止第19届，共有204位女科学家脱颖而出，她们弘扬科学家精神，矢志科技报国。女科学家，一代耀一代。

果壳采访了第十九届“中国青年女科学家奖”的部分获奖女科学家，让我们一起听听她们与科学的故事。

被采访者：

陈玉丽 北京航空航天大学航空科学与工程学院/固体力学

“We can do both”

“小时候看《太空堡垒》，觉得那些飞来飞去的东西非常酷，所以很想造宇宙飞船。结果发现我选的这个‘飞行器设计’其实是大气层以内的飞行器，当时有点失望。但是后来才发现，设计飞机的难度和精彩程度与研究宇宙飞船不相上下。”北京航空航天大学的陈玉丽这样回忆起自己本科选择飞行器设计专业的原因。今日的她已经是国家级领军人才、北航航空航天国家级实验教学示范中心主任。

陈玉丽在报告现场

除了对飞船的浪漫想象，陈玉丽选择飞行器设计的原因还有“喜欢画图”，但在北航的学习中，更需要挑战的可能是通常认为男生更有优势的理性思维。在陈玉丽同班同学中，只有5位女生，但她在学习中发现了自己对固体力学的兴趣。“比起运用已有规律开展炫酷设计，我更喜欢那种追根溯源寻求基本原理的极简美感。”陈玉丽说，“力学课程里面你就总能找到那种逻辑推理的感觉，从简单的基本定律和假设出发，层层递进，环环相扣，最终推导出一些有趣或美妙的结果，非常令人着迷。”

尽管在大家熟知的中学物理中，力学是物理的一部分，但在通常的学科分类中，力学和物理一样，都是一级学科。著名的航天工程学家冯·卡门曾说：“科学家发现已有的世界，工程师创造未来的世界。”那力学呢？陈玉丽自豪地引用冯·卡门的话说：“We can do both，我们两者都能做。力学既可以‘阳春白雪’，挑战理论前沿；又可以‘落地生根’，服务于众多技术和工程需求。所以钱学森钱老说我们力学是一门‘技术科学’，既有科学的基础性，又有技术的应用性。”

大三开始考虑选专业和保研，陈玉丽对这门“技术科学”很感兴趣，便想去全国固体力学学科排名第一的清华大学。保送去清华直接攻读博士学位的基本条件是成绩达到专业前几名，“我当时不太懂，以为是全年级排名，还战战兢兢的。”当时学院全年级4个专业共280多人，陈玉丽以专业第一、年级第一保送清华。就这样，她加入了清华大学固体力学专业黄克智院士的课题组，开始从事多尺度复合材料力学方面的研究。获得博士学位后，又到美国俄亥俄州立大学进行计算力学方面的研究，2011年回到北航。

为国造材

“北航本科阶段学习了几十门课程，从中我找到了自己喜欢的专业，还动手制作了小飞机，广泛了解了飞行器的发展需求；在清华攻读博士学位时，我更多关注理论探索，寻求材料和结构变形和失效的力学机理。两个阶段的学习都让我受益良多。在后来的科研工作中，我既会探究现象背后的机理，并根据机理预测可能的力学行为，还会考虑如何将研究与实际应用结合，服务于国家的工程需求。这两所学校给我的烙印都很深。”陈玉丽说。

在两所学校各有侧重的求学与科研经历共同塑造了陈玉丽从理论到应用的研究风格与思路。

“世界本身是跨越多个尺度的，小到原子、量子，大到天体、星系。我们力学研究的中间的，不大不小，但也跨了很多尺度，从纳米管、石墨烯到航空母舰、宇宙飞船。对于一个材料，把它的微观结构和宏观性能两者之间关系打通，是我们力学需要做的事情。” 陈玉丽说，“比如，给我们一个材料的微观结构，我们就能通过多尺度理论或计算去预测它的宏观性能。”

高性能先进材料一直是航空航天、国防装备等国之重器的发展关键和重要基础。陈玉丽建立的离散-连续融合的多尺度力学理论框架，指导了材料的结构设计和优化评估。“这些工作其实我自己都挺喜欢的。像纳米纤维复合材料的增韧模型，最后特别漂亮地推出来了一个解析解。只不过想要更好地预测材料性能还需要进一步考虑很多实际应用中的复杂因素。”陈玉丽在讨论自己的工作时，总是习惯不断从机理到应用全面地审视，总是觉得不够完美，但实际上她提出的理论模型早已被写进了国内外的力学教材，其中“刚度阈值”的工作还被收入国际复合材料手册，相关的国家发明专利也在航空航天领域的新型纸蜂窝、中央翼盒、整流罩等轻量化结构材料研发中得到了应用。

微观和宏观的打通应该是双向的，还需要能够反过来，从宏观到微观。为此，陈玉丽和她的团队开始探索如何从宏观性能的需求出发，设计能够满足性能需求的微观结构。他们从大自然和生活中获取灵感，创造性地提出了可根据目标需求定制和调控力学性能的多层级结构/超材料设计方法。

小小的刺猬，背上的尖刺，竖起来可以威胁和刺伤捕食者，从高空坠落时又能缓冲冲击，对其中任意一根刺的损伤也很少会传递给其他刺。在陈玉丽看来，这样离散的结构能带来超常的性能和更加宽广的设计空间。以此为灵感，陈玉丽团队提出了“三维像素”的概念，用几百根可弯曲的吸管，搭建出了一种像刺猬背刺一样的抗冲击力学超材料：当重物砸向这个“吸管刺猬”的时候，承受冲击的吸管会被压短，对物体形成缓冲，同时也不会损坏“刺猬”本身，而冲击物的痕迹会被保留，可用于还原现场。这种结构的材料，为可变形飞行器以及火箭和飞船的回收、可重复使用的冲击防护系统设计提供了全新的思路。

以刺猬为灵感的吸管阵列超材料。右图第一行展示了“吸管刺猬”对冲击物的缓冲效果和形状记忆效果；第二行则展示了如果将吸管提前全部压扁，就将失去缓冲能力。

观察生活，从随处可见的小物件中获得研究灵感，是陈玉丽和她的团队独具特色的一点。他们还从积木、啪啪圈、冰箱贴、哑铃等物件中发现有趣的力学现象，深度挖掘其中的关键问题，并用于材料和结构的创新设计。比如，“我们用类似搭积木的形式，实现材料性能的私人定制，通过图形化的方式就能在超材料中快速实现任何你想要的性能。”陈玉丽说。类似地，她的团队还将能“啪”一下快速变形的啪啪圈设计成超快变形的超材料，用于太空中的垃圾捕获；将相互错动时“咔哒咔哒”的魔术贴设计成模仿“傅里叶变换”的可编程力学超材料，可用于刚柔并济的智能抓手和自适应的汽车悬挂；模仿可以相互卡扣的哑铃，提出了“自锁吸能”的概念，设计了可以自由组装、灵活调控的吸能结构。

上课是天大的事儿

除了搞科研，陈玉丽还是北航航空航天国家级实验教学示范中心的主任，对她来说，“上课是天大的事儿。”

陈玉丽在课堂上

“北航的传统就是科教融通，在教学中做研究，在研究中做教学，教学和科研相辅相成，相互促进。建校初期北航的本科毕业设计就是造飞机，‘师生大干一百天’，设计制造出了新中国第一架轻型客机‘北京一号’，还完成了北京到上海的航线试飞。”虽然从事偏理论的研究，但陈玉丽很喜欢北航重视实践教学的风格。她担任学院教学副院长期间，组织搭建了新一代全数字化飞行器科教协同创新中心，促进多专业、多学科的学生合作共同设计一架数字飞机，设计之后还能模拟试飞、评估验证，甚至进行飞行对抗。中心不仅实现了校内跨学院开放，还实现了国内研究院所/知名高校/工业软件优势企业共建共享，并且，联合团队毕业设计辐射到了清华大学、浙江大学等知名高校。

“现在做飞行器设计的学生要比我们那时候幸福多了。”陈玉丽读本科飞行器设计时，个人的设计落到实处最多只能是做个小航模，现在建成的这一组实验室，做到了许多她曾经没有机会做的事。“学生们可喜欢这个了！挺喜欢去那儿玩的，在玩中学习、思考、创造。”陈玉丽笑着说，“现在已经有6个学院参与进来一起做了，总体、发动机、航电、飞控、材料，还有人工智能，这些不同专业的学生通力合作，设计目标都是来源于航空航天企业的，最终的设计成果，除了还没有真的造出来，基本已经是个五脏俱全的真飞机了。”

这一切似乎是个水到渠成的过程，“也没有想着我要在教学上做什么或者得到什么，只是觉得作为‘老师’就应该把课上好，所以自然而然地就去认真准备，要不然觉得自己不好意思站到讲台上。认真备课、认真上课，就这样一年一年坚持下来，忽然发现这些年其实积累了很多东西。我牵头拿了个国家级教学成果奖，得知获奖时还跟我的导师说，真没想到自己居然能拿到国家奖，而且还是教学的！”

对于自己课题组内的学生，她也有着自己独特的、多维度的培养方式。既要求严格，又很包容。“除了每周组会，我组里每年都有一次‘谈人生、谈理想’的活动，就是大家想说啥说啥，讲一讲这一年来的生活、学业等各方面的趣事、经历和感悟。大家可以很放松地开开玩笑，有时候他们做的PPT还挺搞笑的。”陈玉丽说，“这是从我的副导师刘彬教授那里‘传承’来的，又加了我自己的一点小改造。”

让优秀成为一种习惯

陈玉丽自认不是一个会给自己太大压力的人，这种“轻松”来源于她对自己持之以恒的严格要求。“不一定要有一个宏伟的目标，但要把眼前的每件事情做好，让优秀成为一种习惯。”这是她给自己，也是给学生的准则。

“我的导师黄先生和刘彬老师，在做每项工作的时候，都追求在能力范围内把它做到极致。无论是Nature、Science，还是一般期刊，只要公开发表，就需要尽力做到让它无懈可击。”陈玉丽回想起在清华大学黄克智院士课题组的研究经历，“这样做经常会花更多的时间，从投入产出比或者从目标导向的角度，可能会觉得这样不值得，但是我的导师会去做。在这方面我深受影响。”

陈玉丽与导师黄克智院士合影

“所有的科研工作者，可能都得是一个‘多边形战士’，教学、科研、管理，再加上生活、家庭、孩子等等，肯定是要多方面兼顾。听起来挺难的，做起来确实也不容易。”陈玉丽说，“我这个‘多边形’就不够等边，有时候也会觉得陪孩子时间太少，有点对不起她。”

她将自己的每件事都尽力完成到最好，但对外却尽可能谨慎：“通常只有自己对研究方案有很大把握，甚至项目最关键的部分已经完成得差不多时，我才会去申请项目。”她觉得这种谨慎在女性科研工作者中还挺常见，九十分的工作出去汇报，一位女性报告人出于谨慎，可能只敢对自己的工作评价到七十分。作为女性，陈玉丽觉得女性可能比男性更细腻一些，也更容易在意他人的评价，“当然我们自己也要努力了解自己的弱点，然后想办法去克服。我们不仅要自尊、自爱、自信，更要自立、自强，不要期待别人因为我们是女性就特别对待。我们要让自己的内心足够强大，有足够的承受能力。”

采访/撰文：靳小明 竹子

编辑：吴欧

-果壳商业科技传播部出品-

-广告-