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数学系办公楼的二楼,一间小小的房间被用来当做了‘船体外板的曲面放样’项目的研究场地。
主持这项研究的苏步青推了推鼻梁上的圆框眼镜,看向房间中的几人开口道:“船体是一个复杂的空间曲面,没办法用一个简单的初等函数来描述它。”
“但如果把它切成横剖面,每个横剖面就变成了一条平面曲线。”
“这些曲线在数学上来说,有一些共同的特点,它们都是光滑的凸曲线,两端封闭,曲率变化连续。”
“如果说我们能找到一种方法,把这些曲线用统一的数学形式表达出来,问题就解决了一半。”
说着,他起身从粉笔篓中拿起了一支粉笔,在办公室的小黑板上画了一条船体横剖面的轮廓线,紧接着看向几个老师,继续说道。
“如果我们能知道这条曲线每一点的曲率和挠率,就能重建整条曲线。”
“反过来,如果从设计需求知道了曲率应该怎么分布,比如船艏要尖、船腹要圆、船尾要收,就能反推出曲线的形状,从而用数学公式写出来。”
“各位,对于这个问题,你们有什么想法吗?”
“难!”
房间中,研究微分方程的鱼华荣盯着黑板上的算式和图像看了好一会,才摇摇头叹了口气吐出一个难字。
他看向苏步青,紧接着说道:“老苏,你说的用曲率和挠率来重建曲线的思路我大概能理解。”
“但问题是,船体曲线不是空间曲线,它是平面曲线。”
说着,他起身走到黑板前,接过粉笔在苏步青画的那条船体横剖面轮廓线旁边又画了一条螺旋着往上走的三维空间曲线。
“空间曲线的重建需要两个参数,也就是曲率和挠率。这里曲率控制曲线在某一点的弯曲程度,挠率控制曲线偏离密切平面的程度。”
“但平面曲线是空间曲线的退化情形,它的挠率恒为零!”
“也就是说,我们少了一个参数。只用曲率一个参数来重建平面曲线,在某些情况下解是不唯一的。”
“这意味着同一个曲率分布,可能对应两条不同的曲线。一条是凸的,一条是凹的。”
“如果没有额外的边界条件来约束,重建出来的曲线可能和设计图纸上的形状完全不一样。”
“这对于船体的制造而言,可以说致命的问题。”
苏步青点点头,盯着黑板上的曲线思索