刘先志，力学家、工程教育家。长期从事力学教学、研究和教学组织工作。在固体力学、流体力学、一般力学、振动力学、传热学、应用数学和机械工程等许多领域中都进行过研究工作，并作出了贡献。

刘先志，字士心，1906年4月11日出生于今山东省高密市一个农民家庭里。幼年时就善于观察，勤于思考，曾提出改造石磨磨轴几何形状的建议，并取得良好效果，因而受到农民和行家的称赞。1930年，他以优异的成绩毕业于燕京大学数学系，获理学学士学位。鉴于当时国家工业落后，备受帝国主义列强的欺凌，他决心改学工程科学。1934年以优异成绩考取了公费留德，赴柏林工业大学就读机械工程。1939年毕业，获特许工程师学位，并留校任教。在此期间，他还选学了电机工程，又在哥廷根大学理学院选学了力学，并于1945年毕业，获自然科学博士学位。

他在哥廷根大学遇到了著名的科学大师、流体力学家L．普朗特（Prandtl）教授。他的学位论文起初没敢递交给这位国际上声望很高的教授，后来在同学们的一再鼓励之下，才怀着忐忑不安的心情送交给这位名教授。三天后，普朗特教授找到他说：“我收你做学生。”并亲自主持了他的博士论文答辩。由于受普朗特教授的影响，他对多种学科产生了浓厚的兴趣，学习了多门课程，并参加了教学与科研实践，这为他以后在多种学科领域中开展科学研究奠定了坚实的基础，并养成了严谨治学的科学态度。

第二次世界大战结束后，当时瑞士等国有关厂校高薪聘请他，他都谢绝了。他说：“我的根在中国，我要回到我的祖国去！”1946年6月，他毅然踏上了回国的征途。回国后，他先应聘于上海工务局任正工程师，后应聘于同济大学任教授。

中华人民共和国成立后，刘先志继续在同济大学任教。1950年，他被同济大学师生推选为教务长，事无巨细，都一一过问，在搞好繁重的教学管理工作的同时，他还亲自为学生讲授5门课程，把一腔热情完全倾注到为国家培养建设人才之上。

在同济大学任教的同时，刘先志还兼任了无锡开源机械厂（现无锡机床厂）设计部主任的职务。1951年，山东工学院院长派人去请他回山东办学，并交代说：“学校交给他办，我做他的后勤，需要人、钱、设备，向我要；对他的要求就是一条，培养的人才要像他那样，既有理论，又有实践。”刘先志深知，要在旧中国留下的烂摊子上建设好祖国，必须大量培养既有坚实的理论基础，又有实践知识的人才。他主张：办工科院校，学校旁边就应该是工厂，学校设计的就是工厂生产的产品，工厂就是学校实习和生产的基地。回山东正可以实现他的学校与工厂相结合、培养既有理论又有实践经验的建设人才的夙愿，他欣然同意山东工学院院长的聘请，并于1952年春赴任。遗憾的是这时老院长已经调离该校了。

1977年，刘先志教授被平反、解放，1982年被任命为山东省副省长。1990年去世，享年84岁。

刘先志先后任山东工学院教授、教务长、副院长。在30多年的教师生涯中，他除忙于繁重的教学行政工作外，主要在培养人才和科研方面辛勤耕耘、忘我工作，贡献着他的知识和才干。他非常重视对人才的培养，除了亲自给学生讲课外，还给有关教师讲课，提高他们的教学水平。1957年，他举办首届全国机械振动学讲习班，为我国振动力学的发展培养了人才，奠定了基础。在指导力学研究室科研工作中，他言传身教，特别强调理论要与实践相结合，科研要为生产服务。他多次深入厂矿，解决生产实际问题，并从中提炼出科研课题，经过研究，找出规律，再用于指导生产。他几十年如一日，始终坚持不懈地进行科学研究，即使在“文化大革命”中身处逆境时，也仍然利用一切可以利用的时间进行科学研究。就是在他八旬以后的有生几年里，他也没有停止过科学研究工作，且还为自己订了个10年计划。他一生在多种学科领域内作出了创造性的贡献。

刘先志还以极大的热情积极参加人民政权的建设，他先后担任过山东省工业厅副厅长、山东省副省长、山东省政协副主席，他曾当选为全国人民代表大会第二、三、四、五、六届人民代表。他还积极参加学会和学报工作，曾当选为中国力学学会常务理事、山东省力学学会名誉理事长，以及担任《力学学报》、《应用数学和力学》编委。

在科学研究中，刘先志特别强调理论联系实际，科学研究应为生产建设服务。

建国初期，我国麻纺业技术落后，设备陈旧，为改变这种局面，他亲自到无锡麻纺厂蹲点，从设计、试制到制造，样样亲自动手，因陋就简，有效地解决了麻纺机的振动问题。

1955年，为提高我国冶金工业的产量和质量，他又到山东张店铝厂，用力学和机械理论指导生产，并从中提炼出科研课题，写出了题为《球磨绝对最高粉碎产量装载因数的推求及球磨在运用中力的关系》的论文。

1962年，他患了严重的心脏病，在“文化大革命”中，他的身心健康也受到了极大的摧残。但是，即使在这种情况下，他仍强忍着病魔的折磨和心灵的痛苦，坚持到生产第一线去。1967年，他多次到济南柴油机厂调查研究，解决大型柴油机的振动问题。结合这一生产课题，他先后写出了《平面曲轴八缸V型内燃机二阶往复惯性力分析平衡法》等4篇论文，分别在《力学学报》、《应用数学和力学》及《力学》杂志上发表。这些文章提出了多种往复惯性力的平衡方案。《中国科学家辞典》评论说，这一成果“创立了三种平衡方案，各有千秋，堪称三项重要的发明”。这些成果对生产、教学和进一步的理论研究都有指导意义。

中华人民共和国成立后，刘先志把满腔热情倾注到为国家培育人才上。在同济大学期间，他被师生推选为教务长，同时他还亲自为学生讲授应用力学、材料力学、振动学、电机学和传热学5门课程。调到山东工学院后，他仍担任教务长，工作十分繁忙，他在给学生讲授理论力学的同时，还主动为力学教师和相近学科的教师讲授高等刚体力学，并开设弹性力学、振动学、传热学和偏微分方程等10门课程。

1956年，党中央发出了向科学进军的号召，刘先志受到极大的鼓舞。经过充分酝酿和准备，1957年，他首次举办了全国机械振动学讲习班，全国许多高等院校、科研单位、厂矿企业都派出讲师和工程师以上的人员参加学习，历时一年零两个月。刘先志为该讲习班编写了讲义，并亲自授课。参加这次讲习班的许多人后来都成为机械振动和动平衡方面的专家。这次讲习班为我国振动力学的发展准备了人才，奠定了基础。接着他又将《机械振动学》讲义进行修改，出版了专著《机械振动学导论》，以便更多的人学习。

1958年，山东省成立了科学分院力学研究所，接着在1959年山东工学院又增设了工程力学专业。刘先志积极参加力学研究所的筹建工作，亲自为青年科研人员讲授力学基础理论，同时为工程力学专业讲授流体力学，由于劳累过度，心脏病发作，一次突然昏倒在课堂上。他这种热诚培育人才的忘我精神，大大鼓舞了全体师生和力学所的科技人员。

1963年，山东工学院成立了以刘先志为导师的力学研究室。他对研究室的人员关怀备至，要求严格，常从学术思想、治学态度、选题方向、学习方法等方面给予指导，并言传身教。他常说：“对于珍惜时间，我认为一天很长；对于如何能坚持做出成绩，10年却是很短。持续工作要有毅力，万不可一曝十寒，要把健康的思维能力用到尖锐的思考和重要的工作上，切不可乱用。”他是这样说的，也是这样做的。为了从事科学研究，他几乎献出了自己全部的课余时间和假期，他的一些论文就是在辞旧岁的爆竹声中完成的。

在治学态度上，刘先志是十分严谨的。他的每一篇论文手稿都书写得十分工整，所有的图表和曲线都描绘得十分认真。他每完成一篇论文，从不轻易发表，总要放它半年到一年，反复琢磨、仔细推敲。因此，他己发表的60余篇论文每篇都有相当高的水平。

在生活上，刘先志十分艰苦朴素。他非常注意节约。他常说：“我们国家还不富，要注意节约一张纸一支笔，千万浪费不得。”他的很多论文手稿都是工工整整地写在废弃文件的背面或是来往信件的背面。从他的言传身教中，我们不仅学到了勤奋学习、严谨治学的科学态度，也学到了艰苦朴素、勤俭节约的优良品质。

刘先志数十年如一日，始终坚持不懈地在科学的广阔天地里孜孜不倦地耕耘。他一生中从事的科学研究，不仅涉及到力学的各个领域，诸如固体力学、流体力学、一般力学、振动力学、传热学，而且在应用数学、机械制造和电机工程等方面也多有建树。

当他还在柏林工业大学理论力学研究所任研究员期间，他就提出了《关于复变函数处理的一个方法》，由于此方法巧妙新颖，计算简便，被收入当时德国国家保密成果汇编之中，并郑重注明，这种算法是刘先志首先提出来的，为此还授予他“计算方法和计算快速能手”称号。

1953年，他在瑞士的《应用数学和物理》杂志（ZAMP）第Ⅳ卷上发表了《关于连通管内理想流体自振的部分理解》的论文，引起了国际学术界的注意。他的德国老师、著名力学家M．舒勒（Schuler）在来信中写道：“这篇论文是有价值的，它比牛顿当年推出的一类似公式更为一般。”因此，舒勒特别将论文的50份抽印本留下了30份，分别发给德国30个研究中心。后来，日本学术界又将刘先志有关这方面的3篇论文收入《非线性振动的新成就》文集中。

1978年，全国召开了第一次科学大会，刘先志一次就带去了9篇论文，受到与会代表和领导的高度评价，并获得了个人奖。他一生先后在国内外各种杂志上发表了60余篇论文。1987年，在他82岁高龄时，为表彰他在机械振动和热应力研究中作出的贡献，国家教委授予他科技进步二等奖。

1977年，在《中国科学》上发表了刘先志的《推算楔形直杆纵振与扭振自主频率的一个方法》，由于方法简便、可靠，美国、联邦德国的生物研究中心相继来信索取文稿。

在热应力和机械振动领域，刘先志也是硕果累累。1965年，他在《中国科学》上发表了题为《弹性平板内的定常点型热源在该板里激起的应力和变形》论文。该文纠正了国际著名力学家、波兰科学院院长W．诺瓦茨基（Nowacki）在这一研究中的遗误。

l　Hsien－chih Liu．Eigenschwingungen idealer Flüssigkeiten in Rohrleitungen mit rerschiedenen Endquerschnitten．Ingenieur－Archiv Springer—Verlag，Berlin Gottingen，Heidelberg，1952，XXBand，5Heft：302—308．

2　Hsienchih Liu．Uber die Entstehung von Ringwellen an einerFlüssigkeitSoberflaChe durch unter dieser gelegene，kugelige periodis－Che Quellensysteme·Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik，Akademie－Verlag，Berlin，1952，32Band：211－226．

3　Hsien－chih Liu．Beitrag zur Kenntnis der Eigenschwingung einer ide－alen Flüssigkeit in Kommunizierenden Rohren．Zeitschri ftfür Auge－wandte Mathematik und physik，Verlag Birkhauser，Basel，schweiz，1953，4Band：185—196．

4　刘先志．球磨绝对最高粉碎产量装载因数的推求及球磨在运用中力的关系．力学学报，1959，3（1）：45－82．

5　刘先志，半无限弹性体内球型热源所激起的热应力及变形．力学学报，1959，3（3）：236－256．

6　刘先志．机械振动学导论．济南：山东人民出版社，1962．

7　刘先志．高温球形异质体在无限弹性平板内所引起的热应力和位移．中国科学，1965，14（10）．

8　刘先志．推算楔形直杆纵振动与扭振自主频率的一个方法．中国科学，1977（6）：536—546．

9　刘先志．平面曲轴八缸V型内燃机二阶往复惯性力二轴平衡法分析．力学学报，1978（2）：92－101．

10　刘先志．刘先志论文集．成都：四川科学技术出版社，1983．

---记火炮专家刘先志

1969年，中苏在珍宝岛发生的战斗震惊了整个世界，前苏军以先进的坦克，横行霸道，我军的各种口径反坦克炮，都无法对这种T62坦克构成威胁。在几位老帅的干预下，研制新型穿甲弹、破甲弹的任务就落在了某军事研究所的科研人员肩上。但要求穿甲弹、破甲弹击穿不同厚度的钢板，初速应该是多少?炮弹接触钢板时瞬间产生的高温高压又应该是多少?科研人员心里一点底都没有。没有准确的数据，研究就无法进行下去。幸运的是得到了计算这个课题的一个方程式。这道方程式谁也不会解，我国刚刚研制的计算机更不可能输入解这种方程式的程序。

叶剑英元帅知悉后，他指出一定要加速研制出新型穿甲弹、破甲弹，并提出山东某大学一位名叫刘先志的火炮专家，可向他讨教。此时的刘先志，正被管制劳动，除了一大堆的历史问题外，更主要的原因是，当年刘先志曾主持过希特勒德国克虏伯兵工厂的火炮设计。两位奉命到山东的军人知悉这一切后，不禁犯难：解这道方程式关系我军科研的动向，这可是绝密中的绝密啊!怎么办?两位军人商量许久，最后决定，只让刘先志解方程式，别的一字不漏。

第一次见面是在学校的菜园里，两名军人拿出了那个方程式说：“我们是搞教育的，碰到一个难题，希望你能帮助解出来。”刘先生老人扫了那个方程式两眼，闭目沉思了一会儿，问：“这方程式是干什么用的?”年长的军人说：“当然是教学用的。”“教学根本用不上这种东西，你们拿走吧!”老人冷冷地将纸片塞到他们手中，重新摸起了锄把。“你，你怎么这种态度?”老人冷瞟了他们一眼：“既然不相信我，还找我干什么?”

几天以后，两位军人又来了。这次他们穿着军装，拎着两兜营养品，背着校领导，直接摸进老人的家门。

两位军人满带歉意地说：“首长批评我们了，以前我们不知道……我们以为……”刘先志拦住说：“别说了，都是我不对，我怕你们不来了，那可要误了国家大事……瞧，我已经算出来了，你们需要的几个数据都在这里。”老人从床底下拿出一叠纸，纸上标满各种方程式和最后的数据。

年长的军人惊疑地问：“您真知道我们是干什么的?”“研究破甲弹、穿甲弹，打坦克用的。”刘先志说完，顽皮地挤了挤眼睛。

“简直神了，老先生，没有方程式，您怎么算出这些数的?”另一名军人叹服地说。老先生敲敲脑袋：“我这手脚不利索，可这儿还灵光。”不久，新研制的破甲弹和穿甲弹，把近25厘米厚的钢板打得弹痕累累、炸得坑坑洼洼。

前苏军高级军事会议上，被苏联“宇宙”号卫星拍摄的一摞照片，摊放在会议桌上。元帅、将军们依次看过照片后，都脸色阴沉，默然不语。崔可夫元帅捏着一张照片，仔细看了许久，才叹息着说：“我想到一个人，他叫刘先志。以前，我以为他死了；可现在，我敢说，他肯定还活着……” (完)

刘先志先生学术思想初探

胡海岩（中国科学院院士、北京理工大学校长 ，刘先志的学生）

著名力学家、教育家刘先志先生离开我们即将16年了。然而，进入中国学术期刊网（CNKI）检索可以看到，青年学者们仍在引用他生前的研究结果，甚至是他50年前的研究结果。可以说，刘先志先生的研究成果和学术思想至今仍在影响着中国力学界。

为了纪念刘先志先生百年诞辰，探索他的学术思想，我再次研读《刘先志论文集》，从中感受他当年的研究历程，领悟他的研究思路，学习他的研究方法和成果。该文集收录了刘先志先生在1953年—1981年期间撰写的26篇论文，刊登在《Zeitschrift fuer Angewandte Mathematik und Physik》、《Ingenieur Archiv》、《中国科学》、《力学学报》、《应用数学和力学》等著名期刊上，反映了他在这一时期的主要研究成果。为了理解他在那段风雨历程中的研究，我在学习过程中也不时翻阅《中国科学技术专家传略》、《山东工业大学志》等史料。渐渐地，我眼前出现的已不再是公式和图表，而是他那探求真理、挑战大师的勇气，他那严谨治学、尽善尽美的作风，他那知行统一、高屋建瓴解决工程问题的风范。以下从四个方面来探索刘先志先生的学术思想。

探求真理的挑战大师

刘先志先生从青少年时代就起就对大自然充满好奇心，探求科学真理。步入学术生涯后，他曾对许多世界性大师提出的科学难题倾其毕生精力去思考和探索。例如，在德国柏林工业大学力学研究所担任W. Kucharski教授的主任助教期间，刘先志先生开始研究连通管内理想液柱的自由振动问题。早在17世纪，Sir I. Newton、J. Bernoulli和D.Bernoulli等大师就尝试过求解这一问题，但仅获得了类似于物理摆微振动的线性振动周期。对于更一般的情况，这是一个比求解物理摆大范围运动更加困难的非线性振动问题。刘先志先生对该问题的研究长达40年。1943年到1953年期间，他针对等口径椭圆形连通管、不等口径圆弧形连通管等情况，通过首次积分、分离变量积分和第二类椭圆函数积分获得了大范围振动周期的精确解，并发现物理摆的摆长为等口径圆弧形连通管周长的1/4 时，两者的大振幅运动具有相同的周期。尽管这一研究大大推进了Newton等大师的结果，但刘先志先生并不满足，多年一直思考这一问题。直到1980年，他已74岁高龄时，又撰文对该问题的数学模型进行分析，指出在沿用以久的文献中忽略了不等口径管段之间部分液体流动的能量改变量，从而在系统运动微分方程中丢失了速度平方项。又如，刘先志先生在上世纪70年代细致研究了变截面弹性直杆的纵向固有振动和扭转固有振动问题。早在19世纪，G. R. Kirchhoff等学术大师就研究过这类问题。由于数学处理上的困难，他们只好先假设振型再利用Galerkin方法获得近似固有频率。面对这样的难题，他人一般都会绕道而行。鉴于变截面弹性直杆的固有振动计算对于动力机械的叶片设计具有重要意义，刘先志先生在古稀之年向这一问题发起冲击，并凭借深厚的数学功底获得了非常漂亮的结果。他先从楔形直杆的纵向/扭转固有振动分析入手，对描述固有振动的Bessel微分方程的解函数作渐近展开，获得了固有频率的前二阶近似和误差估计。然后，他又研究了更为一般的非均质、变截面弹性直杆纵向/扭转固有振动问题，采用级数法获得了该问题的通解。

在《刘先志论文集》中，有两组论文分别介绍了他的上述成果。凡阅读这这些论文的学者，无不感受到他那探求真理、挑战大师的科学精神。

严谨治学 尽善尽美

在我国老一辈科学家中，刘先志先生以涉猎领域宽而著称，对一般力学、固体力学、流体力学均作出了贡献。更为难得的是，他对这多个学科领域的研究绝非是蜻蜓点水，而是深入严谨、尽善尽美。《刘先志论文集》收入的26篇论文包括了连通管内理想液柱的自由振动、楔形直杆的固有振动、弹性体热应力与变形、内燃机往复惯性力分析和平衡等几个主题，他对每一主题均有系统、深入的研究，获得了当时历史条件下最完整的结果。例如，《刘先志论文集》中有9篇关于弹性体热应力和变形研究的论文，刊于《中国科学》和《力学学报》，反映了他在1959年—1966年期间的主要研究工作。这组论文从球型热源在半无限弹性体内所激发的热应力和变形问题开始，系统地研究了异质圆柱体、异质矩形截面柱体等在半无限弹性体和无限弹性平板内激发的热应力和变形问题。如果初看，每篇论文均从热弹性理论的Poisson方程开始，通过数学推导获得热应力和变形的一般形式，再对若干情况进行讨论，最后以图表方式给出应力、变形的变化规律。仔细研读则会发现，这些论文不仅在问题的求解方法上各有千秋，而且包含了浩瀚的公式推演和数值计算，对每个问题都给出了令人信服的漂亮结果。许多曾在山东工业大学工作和学习的师生，都听说过刘先志先生严谨治学的轶事，有些甚至充满了传奇色彩。如果研读刘先志先生独立完成的这一项项系统性研究，联想到当时他担任的领导职务和身体状况，当更加深刻感受到他那严谨治学、尽善尽美的研究风格。

知行统一破解难题

《刘先志论文集》中的论文可以分为两类，一类是应用力学基本问题的研究，一类是来自工程实际的力学问题研究。在第二类中，包括了刘先志先生上世纪50年代对球磨过程的力学研究和70年代对内燃机往复惯性力分析和平衡的研究。

以1959年发表在《力学学报》的长篇论文“球磨绝对最高粉碎产量装载因数的推求及球磨在运用中力的关系”为例，可以看到当年刘先志先生在张店铝厂如何从实际工程问题中提炼并解决力学问题。由于这项研究缺乏可借鉴的基本资料，他从球磨过程的最基本力学分析开始，细致研究了各层钢球的运动规律、循环时间、碰撞力、消耗功率等力学问题，进而分析了绝对最高粉碎产量装载因数，最后给出了详尽的计算结果和图表，提供了工程师感兴趣的公式和结论。在当年《力学学报》刊登的一般力学论文中，能如此理论联系实际，彻底解决工程问题的长篇论文实属罕见。

如果再继续研读《刘先志论文集》中关于平面曲轴八缸V型内燃机二阶往复惯性力分析和平衡的4篇研究论文，就会发现他特别注重理论联系实际，擅长用朴素简洁的力学和数学工具去描述和分析工程问题，运用工程师所熟悉的语言和图表揭示问题内在的力学规律，从而彻底解决他人无从下手的工程问题。因此，凡是研读《刘先志论文集》的学者，都会感受到他那知行统一，破解难题的学术风范。

传承哥廷根学派精神

学习刘先志先生的研究成果，总会让我联想到他那不同寻常的求学和研究经历。从燕京大学数学系到柏林工业大学力学研究所，再到哥廷根大学航空和流体力学研究所，他经历了近20年的高等教育，寒窗苦读，潜心研究，先后获得理学学士、特许工程师和自然科学博士；他的学术背景从纯粹数学转向机械工程、电机工程，再转向应用力学，经历了由理学到工学，再到理工相结合的境界；他的治学思想则最终溶入了德国哥廷根学派。德国哥廷根大学曾是著名数学家K. F. Gauss、G. F. B. Riemann等工作的地方，具有悠久的数学传统。1886年，应用数学家F. Klein来到哥廷根大学任数学系主任，不久又引进了年仅26岁的数学天才D. Hilbert。Klein倡导理论与实际密切结合、科学与技术密切结合、数学科学与应用科学的密切结合，提出了一系列新的学术制度，创立了哥廷根学派，使哥廷根大学成为19世纪末、20世纪初的德国学术中心，甚至被称作欧洲学术中心。在这一学派中，近代流体力学奠基人L. Prandtl领导的航空和流体力学研究所具有重要影响。刘先志先生正是在Prandtl指导下获得博士学位的。

在我国著名科学家中，曾有多位师从哥廷根学派的大师和传人。例如，陆士嘉在哥廷根大学师从Prandtl，钱学森、郭永怀、范绪箕在美国加州理工学院师从 Prandtl的学生Th. von Karman，钱伟长在加拿大多伦多大学师从J. L. Synge等。与他们不同的是，刘先志先生在师从普朗特之前就已系统学习了纯粹数学、机械工程、电机工程三个专业，具备了非常好的理工结合基础，并且已在德国学习和工作近10年，其学术思想的基础上早已与哥廷根学派相通。哥廷根学派是应用数学的倡导者，该学派的大师和传人不仅有很深的数学功底，而且有对物理过程的理解；他们都强调对物理过程的本质认识，而在数学方法的使用上则朴素简洁。在刘先志先生的研究工作中，不仅可以看到他那追求真理的勇气和严谨治学的作风，还充分体现了哥廷根学派这种将应用数学、力学与工程的结合。阅读他的论著，可以看到每项研究均具有实际的应用背景，与当时工程实践所需要解决的重要问题有关；又可以看到他总是将应用数学和力学相结合对实际问题展开研究，获得漂亮的理论结果和计算图表，最终彻底解决问题。从思维方式和学术风格看，他堪称是哥廷根学派在我国学术界的传人之一。