時間：2023-03-23 15:20:04
序論：速發表網結合其深厚的文秘經驗，特別為您篩選了11篇機械工程系畢業論文范文。如果您需要更多原創資料，歡迎隨時與我們的客服老師聯系，希望您能從中汲取靈感和知識！
專 業：機械工程
班 別：機自041
學 號：2
學生姓名：
指導教師：
完成時間： 2019年3月31日
學生宿舍地源熱泵供熱系統設計
----總體設計
1、選題的依據及意義：
1.依據：
進入90年代后，我國的居住環境和工業生產環境都已廣泛地應用熱水供應裝置，熱水供應裝置已成為現代學校居住必備。90年代中期，由于大中城市電力供應緊張，供電部門開始重視需求管理及削峰填谷，熱泵供熱技術提到了議事日程。近年來，由于能源結構的變化，促進了地源熱泵供熱機組的快速發展。
隨著生產和科技的不斷發展，人類對地源熱泵供熱技術也進行了1系列的改進，同時也在積極研究環保、節能的地源熱泵供熱產品和技術，現在利用成熟的電子技術來進行綜合的控制，并和太陽能結合更注意能源的綜合利用、節能、保護環境及趨向自然的舒適環境必然是今后發展的主題。
2.意義：
地源熱泵技術，是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對穩定的特性，，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內的余熱轉移到低位熱源中，達到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源，可以取代鍋爐或市政管網等傳統的供暖方式和中央空調系統。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時，它還可供應生活用水，可謂1舉3得，是1種有效地利用能源的方式。通常根據熱泵的熱源(heat source)和熱匯(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3類：
空氣源熱泵系統 ( air-source heat pump) ASHP
水源熱泵系統 (water- source heat pump) WSHP
地源熱泵系統 (ground- source heat pump)GSHP
平時還有人把熱泵系統按照1次和2次介質的不同，分別叫做：
空氣---水熱泵系統
水 --- 空氣熱泵系統
水 --- 水熱泵系統
空氣---空氣熱泵系統
這些都是把熱源、熱匯以及空調系統的傳遞介質也包括進來分類形成的。
為了和國際標準接軌，我們還是應該依照國際慣例來命名。在1997年由美國的ASHRAE(美國采暖、制冷與空調工程師學會)統1了標準術語，無論是WSHP、GSHP都叫做GSHP--地源熱泵系統。
另外，為了讓我們在學習和討論中更方便，介紹1些地源熱泵室外能量交換系統的概念：
土壤埋管系統----土壤換熱器(水平埋管、豎直埋管)
地下水系統
地表水系統
這些都是地源熱泵的熱源或熱匯形式。(具體參見下圖)
圖。1。1土壤換熱器(水平埋管)圖
圖。1。2土壤換熱器(豎直埋管)圖
圖。1。3 地表水系統圖
圖。1。4 地下水系統圖
2、國內外研究現狀及發展趨勢
1。 地源熱泵的發展歷史
地源熱泵是1種先進的技術，它高效、節能、環保，有利于可持續發展。這項技術最先開始于192019年，瑞士Zoelly提出了“地熱源熱泵”的概念。1946年美國開始對地源熱泵進行系統研究，在俄勒岡州建成第1個地源熱泵系統，運行很成功，由此掀起了地源熱泵系統在美國的商用。1985年美國安裝地源熱泵14000臺，1997年則安裝了45000臺，目前已安裝了400000臺以上的地源熱泵，并且以每年10%的速度遞長。1998年美國商用建筑的地源熱泵空調系統已經占到空調保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在歐洲國家里更多的是利用淺層地熱資源，來供熱或者取暖。上個世紀70年代以來，隨著能源和環境問題的逐漸變得嚴重，在各個方面節能也被更多的考慮，以可再生的地熱源為能源的地源熱泵又引起了人們的重視。尤其是近年來，隨著能源和環境問題的日益突出，地源熱泵的研究和應用發展迅速，國內外的很多高校和研究機構相繼開展了理論和實際應用方面的研究。隨著研究的深入，我們的地源熱泵研究工作者在全國范圍內舉行了各種交流探討會。中國制冷學會第2專業委員會主辦了“全國余熱制冷與熱泵技術學術會議”;1988年中科院廣州能源研究所主辦了“熱泵在我國應用與發展問題專家研討會”;中國能源研究會地熱專業委員會于1994年9月6日至8日在北京召開了第4次全國地熱能開發利用研討會;從90年代開始，每屆全國暖通制冷學術年會上都有“熱泵應用”的專題;2019年6月19～23日，中美地源熱泵技術交流會在北京召開，會議介紹了地源熱泵技術，國外的應用狀況和在中國的推廣;山東建筑工程學院地源熱泵研究所與山東建筑學會熱能動力專業委員會聯合發起并承辦“國際地源熱泵新技術報告會”于2019年3月17日在山東建筑工程學院舉行，加強了國內外地源熱泵先進技術的交流。
2.地源熱泵在中國的發展現狀及前景：
目前在中國，地下水熱泵系統已開始廣泛使用，而土壤源熱泵系統尚處于研究機構工程摸索和研究階段。
從有關調查來看，地下水熱泵工程真正成功的并不多。原因在于要實現100%的回灌，并回灌到同1含水層，不污染地下水，且能長時間穩定運行，并不容易做到。同時，還出現了大量不進行回灌的熱泵工程，更有甚者，出現了直接利用地下水通入風機盤管內進行空調。這樣做，1則污染水體，2則浪費水資源。
鑒于國內的國情和地源熱泵系統自身的特點，我們對其各自的前景作1分析。隨著地下水熱泵工程技術改進和規范化，由于其突出的節能和保護大氣環境的功能，還是存在著巨大的潛在的市場。水平埋管土壤源熱泵，雖然占地面積大，但靠地表換熱可以自然恢復地溫，在年排熱量和吸熱量不平衡的地區應用比較有優勢。而垂直埋管土壤源熱泵，隨著專業安裝隊伍的發展，鉆孔設備的完善，勢必會使造價大幅度降低，無疑會成為今后最有競爭力空調方式。
3、本課題研究方案：
本課題屬于設計改造現有熱水系統，學校宿舍的熱水供應系統。在改造中應該充分考慮到：
1、 學生的定時供熱，需要的功率及系統響應時間問題。
2、 屬于改造系統，要和現有的系統相結合。
3、 考慮到成本問題，造價是否合理。
4、 在使用過程中維護的費用及技術的要求是否合理。
5、 運行的安全及噪音處理問題。
6、 廢物的處理及環保問題。
4、本課題研究的內容：
廣西工學院北區5#的熱水供應改裝。
1、該大樓空調工程包括：
1-6層的熱水供應，所有宿舍。
2、設計參數：
每層有14個房間，每間8人，共6層。
3、柳州地區基本氣象參數：
根據物候報告，5月1號到10月1號之間為高溫區很少用熱水，寒假期間不用熱水
4、本課題具體研究內容：
(1)、循環水換熱器的計算
(2)、土壤熱泵系統(GCHP)的土壤換熱器設計
地下埋管換熱器是地源熱泵系統的關鍵組成部分，是土壤源熱泵系統設計的核心內容，其選擇的形式是否合理，設計的是否正確，關系到整個地源熱泵系統能否滿足要求和正常使用。
地下埋管換熱器設計主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井數目、間距確定，管道阻力計算及水泵選型等
(3)、布置型式
目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種布置型式，即水平埋管和垂直埋管。選擇方式主要取決于場地大小、當地土壤類型以及挖掘成本，如果場地足夠大且無堅硬巖石，則水平式較經濟;如果場地面積有限時則采用垂直式布置，很多場合下這是唯1的選擇。
盡管水平布置通常是淺層埋管，初投資1般會便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3。1 水平埋管
水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝2層雙管、單溝2層4管、單溝2層6管等形式，由于多層埋管的下層管處于1個較穩定的溫度場，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應用多層管的較多。(單層管最佳深度1。2～2。0m，雙層管1。6～2。4m)
近年來國外又新開發了兩種水平埋管形式，1種是扁平曲線狀管，另1種是螺旋狀管。它們的優點是使地溝長度縮短，而可埋設的管子長度增加。
3。2 垂直埋管
根據埋管形式的不同，1般有單U 形管，雙U 形管，套管式管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式;按埋設深度不同分為淺埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)U 形管型：是在鉆孔的管井內安裝U 形管，1般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U 形管徑1般在φ50mm 以下
2)套管式換熱器：的外管直徑1般為100～200mm，內管為φ15～φ25mm。其換熱效率較U 形管提高16。7%。缺點：⑴下管比較困難，初投資比U 形管高。⑵在套管端部與內管進、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m 的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。
(4)、地下埋管系統環路方式：串聯方式和并聯方式
串聯方式的優點是：①1個回路具有單1流通通路，管內積存的空氣容易排出;
②串聯方式1般需采用較大直徑的管子，因此對于單位長度埋管換熱量來講，串聯方式換熱性能略高于
其缺點是：①串聯方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高;
②由于系統管徑大，在冬季氣溫低地區，系統內需充注的防凍液(如乙醇水溶液)多;
③安裝勞動成本增大;
④管路系統不能太長，否則系統阻力損失太大。
并聯方式的優點是：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯方式低;
②所需防凍液少;
③安裝勞動成本低。
其缺點是：①設計安裝中必須特別注意確保管內流體流速較高，以充分排出空氣;
②各并聯管道的長度盡量1致(偏差應≤10%)，以保證每個并聯同的流量;
③確保每個并聯回路的進口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達到此目的。
從國內外工程實踐來看，中、深埋管采用并聯方式者居多;淺埋管采用串聯方式的多
(5)土壤換熱器的埋管材料回路有相
5。1 管材選擇
1般來講，1旦將地下埋管系統換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，因此地下的管材應首先要保證其具有良好的化學穩定性、耐腐性
⑶ 為了強化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不銹鋼鋼管，但目前實際應用不多。
5。2 管件與連接
⑴熱熔聯接(承接聯接和對接聯接，對于小管徑常采用)
⑵電熔聯結
(6)、埋管管長與埋管間距的確定
地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統布置和管材外，還需要有當地的土壤技術資料，如地下溫度、傳熱系數等(可以通過熱響應實驗測得)。
6。1 水平埋管：確定管溝數目及間距
埋管管長的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在20～40W/m(管長)左右，;設計時可取換熱能力的下限值，即20 W/m。
單溝單管埋管總長具體計算公式如下：
其中L ——埋管總長，m
1 Q ——冬季從土壤取出的熱量，Kw，
（試 行）
一、 網絡類題目的特點
學生絡類題目的特點主要以校園網、小型企業網、大型企業網（多地互聯）為應用場合，進行網絡工程設計類或網絡安全類論文的寫作。
二、 網絡工程設計類論文的寫作
1．論文寫作要求
類似于投標書，但有不同于投標書，不要有商務性質的內容（項目培訓、售后服務、產品說明書、產品報價……），也一般不考慮具體綜合布線（職院學校的要求），主要傾向于其技術實現。
2．論文寫作基本環節
采用工程業務流程，類似于軟件工程：
1）需求分析
2）功能要求
3）邏輯網絡設計（設計原則、拓撲結構圖、背景技術簡介、IP地址規劃表），也稱為總體設計
4）物理網絡設計（實現原則、技術方案對比，一般考慮結構化布線），也稱為詳細設計
5）網絡實現（設備選型和綜合布線屬于這個階段，但我們主要強調各種設備的配置與動態聯調以實現具體目標）
6）網絡測試（比較測試預期結果與實際結果）
具體實現通過采用Dynamips 模擬平臺和Cisco Packet Tracer(PT)模擬平臺。
3．注意事項
1）抓住題目主旨和側重點（類似題目的需求不同，取材角度不同、參考資料的取舍也不同。不同的應用場合會采用不同的拓撲結構、路由技術（BGP、RIP、單區域和多區域的OSPF）、交換技術（Vlan、生成樹、鏈路聚合、堆疊）、訪問（接入）技術、安全技術等，只有這樣題目才能各有千秋，否則就都變成了XX公司（校園）網絡設計。）
2）不要有商務性質的內容（項目培訓、售后服務……）
3）不要產品使用說明書和安裝調試說明書
4）不建議包含綜合布線的整個過程。
4．存在的問題與案例分析
1）結構不太清楚，有些環節沒有
2）不應有產品說明書，具體實現要更清楚
三、 網絡安全類論文的寫作
1．論文寫作基本環節與要求
從技術上講主要有：
1）Internet安全接入防火墻訪問控制；
2）用戶認證系統；
3）入侵檢測系統；
4）網絡防病毒系統；
5）VPN加密系統；
6）網絡設備及服務器加固；
7）數據備份系統；
從模型層次上講主要有：
1）物理層安全風險
2）網絡層安全風險
3）系統層安全風險
不同的應用需求采用不同的技術。
2. 存在的問題與案例分析
1）選題有些過于復雜而有些過于簡單
2）只是簡單敘述各種安全技術，沒有具體實現
四、 論文答辯要求
1）論文格式：從總體上，論文的格式是否滿足《韶關學院本科畢業設計規范》的要求？
（2）強化專業和實踐教學。各專業根據自身優勢和特點，適當增加專業課、專業選修課學分，強化專業主干課程和專業實踐、突出專業特色。要保證列入教學計劃的各實踐教學環節累計學分不低于總學分的25%（理、工、農類專業）。
（3）優化課程結構，合理設計課程模塊。堅持以學生為本，充分考慮學生在能力、興趣、特長等方面的差異，構建分層次、模塊化的培養框架。科學合理地安排必修課與選修課、理論課與實驗課、基礎課與專業課之間的比例。
（4）推進素質教育，提高學生素質。改革公共課程，把人文教育和科學教育融合到人才培養的整個過，落實到教育的各個環節，通過文理交叉、學科融合，促進學生綜合素質的全面提高。
2工業工程專業人才培養方案的主要內容
云南農業大學工業工程專業自2003年成立并招生以來，高度重視本專業人才培養方案的制定與研究工作。2010年，根據學校《云南農業大學本科專業人才培養方案修訂實施意見》，工業工程系在2007版人才培養方案的基礎上，廣泛收集資料，學習和參照國內外高等院校工業工程專業人才培養計劃和要求，反復討論并充分征求本專業教師及學生的意見，進行了認真細致的修訂工作。修訂后的培養方案包括以下幾方面的主要內容。
2.1工業工程專業的培養目標和要求
本專業培養具備扎實的工程技術和計算機技術基礎；掌握現代管理科學與系統科學的理論和方法；具有一定的科研能力、實踐能力及創新能力；能應用工程技術和管理科學知識，在各級管理部門及企事業單位從事管理系統、生產系統及服務系統的規劃、設計、決策、運營、評價、優化等工作；既懂技術又懂管理的復合型工程技術人才。本專業學生主要學習機械工程基礎、管理工程基礎及計算機應用基礎等工業工程專業的基本理論和基本知識；研究管理系統、生產系統及服務系統的規劃、設計、運營、管理與控制；接受應用工業工程相關理論與分析方法解決實際問題的基本訓練；初步具備規劃、開發、設計、運營和評價管理系統、生產系統及服務系統的能力。
2.2畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力
（1）具有扎實的自然科學基本理論知識，較好的人文社會科學基礎，較強的本國語言、文字表達能力。
（2）系統掌握機械工程、管理工程、技術經濟與管理等與本專業領域相關的基本理論和基本知識。
（3）掌握工業工程學科的基本理論和方法，具備本專業領域的基本知識，了解學科前沿、應用前景和發展動態，熟悉經濟建設和企業管理的法律、法規和政策。
（4）具備較強的計算機應用能力和較強的英語聽、說、讀、寫能力，掌握科技文獻檢索、資料查詢的基本方法，具備獨立獲取知識、信息的能力和一定的科學研究能力。
（5）具備較好的人際溝通能力和創新能力，具有較強的協作精神。
2.3工業工程專業的主干學科及主干課程
工業工程專業的主干學科是機械工程、管理工程、技術經濟與管理。其主干課程包括機械制造基礎、機械設計基礎、運籌學、管理學、工程經濟學、基礎工業工程、人因工程學、生產運作管理、管理信息系統、設施規劃與物流分析、質量控制與質量管理等。
2.4工業工程專業的主要實踐教學環節
大學四年的學習過程中，工業工程專業要完成認識實習、金工實習、生產（服務）系統實習、工業工程專業綜合訓練、運籌學課程設計、數據庫技術課程設計、機械設計基礎課程設計、基礎工業工程課程設計、人因工程學課程設計、工程經濟學課程設計、管理信息系統課程設計、生產運作管理課程設計、設施規劃與物流分析課程設計、系統建模與仿真課程設計、質量控制與質量管理課程設計、畢業實習、畢業論文（設計）等實踐教學環節。
2.5工業工程專業的修業年限
本專業修業年限為三至六年。有條件的學生在按要求修滿規定學分的前提下可提前畢業，但最低修業年限不得少于3年；對不能在4年內按要求修完規定學分的學生，經學校批準后可以延期畢業，但修業年限最高不得超過6年。
2.6工業工程專業的畢業學分要求及授予學位
工業工程專業的本科學生畢業時應修學分為176個學分，其中公共必修課模塊35學分，人文社會科學及自然科學類課程選修12學分，學科公共課模塊20學分，專業基礎課模塊25學分，專業課模塊21學分，專業選修課30學分，實踐教學33學分。工業工程專業授予工學學士學位。
3工業工程專業課程體系的基本結構
工業工程是技術與管理相結合的交叉學科，既有鮮明的工程屬性，也有明顯的管理特征。工業工程專業培養的人才要對各種類型的系統有全面深入的理解，能夠對系統問題進行規劃、解決和闡釋，使系統優化，系統效率明顯提高，并因此具備領導跨學科團隊的能力。要達到這樣的培養目標和培養要求,研究工業工程專業人才培養方案，確立工業工程學科的課程體系,協調工業工程專業課程與工程專業、管理專業之間的關系十分重要。云南農業大學工業工程專業的課程包括必修課和選修課兩大類。課程體系是平臺式和模塊式相結合的復合型結構。課程縱向設置包括公共課、學科共同課、專業課。橫向設置以實踐教學和素質教育貫穿整個培養過程，形成縱橫交錯的復合結構。工業工程學科發展過程中，融合了數理統計、工程技術、運籌學、系統工程等技術的思想和方法，其研究領域從制造業擴展到商業、運輸業、服務業及政府部門。工業工程專業的課程設置要滿足專業發展的要求,其課程體系必須包括素質教育、專業教育、實踐教育三大平臺。
3.1素質教育平臺
包括公共必修課模塊（35學分）和公共任意選修課模塊（不低于12學分），這部分課程由學校統一安排，也是全校所有專業的學生必須學習的課程，主要包括大學語文、大學計算機基礎、大學英語、公共體育基礎課、政治理論課、職業生涯與發展規劃、就業指導等課程。
3.2專業教育平臺
（1）學科共同課模塊。包括高等數學I、高等數學II、線性代數與概率論、普通物理學、普通物理學實驗等5門課程20學分。
（2）專業基礎課模塊。包括機械制圖、管理學、機械制造基礎、運籌學、數據庫技術、機械設計基礎、基礎工業工程、工程經濟學等8門課程25學分。
（3）專業課模塊。包括人因工程學、系統工程、管理信息系統、生產運作管理、設施規劃與物流分析、質量控制欲質量管理、系統建模與仿真、項目管理、制造技術與制造系統等9門課21學分。
（4）專業選修課模塊。提供CAD工程制圖、工程力學、電工與電子學、管理經濟學、會計學原理、微機原理與運用、市場營銷學、應用統計學、控制工程原理、產品開發技術與管理、專業英語、供應鏈管理、工業工程專業系列講座等課程，要求學生至少選修30學分。
3.3實踐教育平臺
（1）公共實踐模塊。包括入學教育/專業教育、軍事訓練、國家學生體質健康標準測試、畢業論文（設計）等，共計11學分等內容。
（2）專業實驗課模塊。包括普通物理學課程試驗、工程力學課程試驗、電工與電子學課程實驗、數據庫技術課程實驗、運籌學課程實驗、微機原理與應用課程實驗、機械制造基礎課程實驗、機械設計基礎課程實驗、人因工程學課程實驗、設施規劃與物流分析課程實驗、系統建模與仿真課程實驗等，共計12學分。
（3）實習實踐模塊。主要包括認識實習、金工實習、生產（服務）系統實習、工業工程專業綜合訓練、畢業實習以及本專業主干課程的課程設計等，共計22學分。
4問題及建議
工業工程專業高等教育的核心是創造力的培養，培育具有實踐能力和創新精神、集技術與管理于一身的復合型人才。雖然我們對云南農業大學工業工程專業的人才培養方案進行了精心的設計、修訂和研究，力求科學合理，適應社會發展的需要，但是云南省工業工程專業人才培養存在以下問題。
（1）云南地處西南邊疆，社會經濟發展水平較低，對工業工程專業的認知程度有限，制造企業中幾乎不設工業工程部門和工業工程師崗位，工業工程專業人才對口就業困難。
（2）區域內缺少以集中化管理的先進技術和設備為技術創新提供服務，為工業工程教學提供高新技術教育訓練平臺的工業工程研究中心，學生少有機會接受工業工程專業先進技術培訓和實踐的機會。
（3）理論教學與實踐脫節。由于教學經費的限制，學校實驗室建設不能滿足課程建設的需求，教學過程以課堂講授為主，注重理論性、系統性、專業性、知識性，結合實際的案例式教學較少，學生的專業實踐訓練不足。要解決工業工程專業人才培養過程中存在的問題，我們提出以下幾點建議：
①工業工程是系統的綜合優化技術，是解決系統優化，提高系統效率的學科專業，具有廣泛的適應性和廣闊的發展前景。要加強工業工程專業的宣傳，讓社會充分認識工業工程專業人才培養的重要性；
德國高等工程教育起始于1870年前后建立的德國工科大學。在20世紀60年代末70年代初又建立了高等?？拼髮W。從此，德國形成了由工業大學和高等?？拼髮W并存并各有側重的高等工程教育體制，在全世界有著廣泛影響。
一、德國高等工程教育的特點
1.培養目標的明確性
德國高等工科院校的培養目標是高質素的工程師。為了培養高素質的工程師，德國高等工程教育界形成了學習年限長、教學任務重、考試要求嚴、實踐環節多、淘汰率高的特點。
工科專業本科的培養年限一般為五年，但實際上只有很少學生能按時完成，多數學生要5～7年，甚至8～9年才能完成學習任務。本科生教育由基礎學習階段和主科學習階段構成，其中基礎學習階段一般為2年，主要學習內容為各系的共同基礎性課程，目的在于培養學生的科學知識和工作基礎，同時要求學生必須通過嚴格的考試。在完成基礎學習階段后就進入主科學習階段。在該階段中，學生要確定自己的專業方向；完成該專業相關的學習任務（主要包含必修課、選修課和任選課程）；完成本專業的實驗、課程設計、專題報告和畢業論文。主科學習階段的時間不固定，因人而異，一般為3～4年。因此，學生往往要經過5~7年的艱苦學習才能夠拿到德國工程師文憑。
在德國，大學的每學年是由夏、冬兩個學期組成，其中夏季學期包含3個月，而冬季學期為4個月。德國的大學實行從上午7點到晚上9點的全日程課程，沒有固定的午、晚飯時間，其中每堂課為一個半小時，課間安排15分鐘的休息時間。就是在假期，學生也并不能完全休息，需要完成很多諸如實習、考試、作業等任務。
為保證畢業生的質量，德國各大學和專業都要對學生進行選擇和淘汰，一般淘汰率為30%～50%；有的學校和專業的淘汰率令人難以想象。
2.培養過程的實踐性
德國高等工程教育培養目標的明確性決定了在具體的培養過程別重視理論與實踐兩個方面的教育。因此，德國高等工程教育形成了崇尚理論研究、強調技術科學、密切聯系實際的優良傳統，保證了德國工程師在世界上享有較高的聲譽。
（1）大學在學術上有求真務實的傳統。在德國高等工程教育界，學校衡量教授學術水平高低的標準不是論文的多少而是實驗。實驗是科技發展的源泉，能用以證明教授研究成果的主要是實際開發的實驗裝置、模型或樣機、新研制的產品等。因而，德國高等工科院校特別重視試驗研究的結果，對工程領域博士學位答辯的要求是一定要做出實實在在的東西，確實解決了問題，而對并沒有硬性要求。
（2）面向實際設計課程。在校學習期間，德國高等工科院校會逐步安排學生接觸工作中需要解決的實際問題，并把科學解決實際問題的知識與方法作為重要的教學內容，不斷提高學生解決實際應用問題的能力。同時，學校還會及時把實際生產實踐中最新的工藝、技術和知識補充到日常教學內容中，不斷更新自己的教材。
（3）教師具備豐富的實踐經驗。德國高等工程教育重視教師的實踐背景。工程專業的大學教授都被要求至少具有5年以上的工程實踐經歷。德國高等工程教育中，教師成為輸送學生到企業實踐訓練和就業的聯系人。德國高等工科院校的教師與工業界保持非常密切的聯系，主要表現在兩個方面：一方面，他們的實驗室幫助企業解決實際生產中遇到的問題；另一方面，他們本人往往都在企業兼職甚至開辦企業。
（4）與企業建立良好的合作教育機制。除了在學校內學習理論知識和部分的實習外，德國工科大學的學生一般還有3～6個月時間用于在校外企業進行生產實踐活動。學生常常可以利用假期參與工廠企業的科研開發與研究項目，并且很多學生的畢業設計課題也都源于企業的實踐問題。此外，德國企業界普遍把培養后備力量作為企業的一種社會責任與義務，非常愿意接納學生參與企業的實踐活動。
3.工程教育的法制化
作為法制國家，在德國，人們會自覺和習慣地按照法律規定進行個人和組織的行為。高等學校是整個國家法制體系中的重要組成部分。因此，每當高等工程教育改革條件相對成熟時，德國政府就會以法律形式為改革清除障礙，減少改革中遇到的阻力，保證改革能順利進行。比如，1998年德國政府出臺了德國大學基本法的修正案，該法案保證了引進學士、碩士學位制，改革課程內容及結構，對高校放權、改革教授聘任制等一系列的方案實施，為德國大學的進一步發展提供政策支持和保證。
二、當前德國高等工程教育改革的原因
德國高等工程教育從誕生之日起，憑借其優良的傳統和特色與美國高等工程教育一起成為世界上高等工程教育中的兩大模式。但20世紀60年代后，特別是當前國際政治領域發生深刻變化、科學技術突飛猛進、國際交往和文化融合不斷深化的背景下，德國高等工程教育也出現了種種的不適應。比如，高等工程教育的學生在校學習時間過長，就業時間相對較晚，學位種類偏少、國際流通度較差等情況。導致出現這些現象的原因主要有兩個方面。
1.經濟全球化的影響
當前，經濟全球化已成為世界經濟增長和世界政治變化的主要原因。在經濟全球化的背景下，伴隨著科學技術的突飛猛進，企業已越來越感受到來自市場競爭和技術革新的雙重壓力。激烈的市場競爭會對企業不斷提出新的要求和挑戰，迫使企業根據廣大消費者的要求，在技術上不斷創新、改進生產工藝，在管理上不斷優化組織結構，開發出適合消費者要求的新產品。工程師的工作內容就包含在產品研發、過程研發與設計制造、營銷等整個產業鏈之中，因此，經濟全球化必然帶來對工程師素質、能力的重新定位和要求。在經濟全球化的進程中，作為以培養工程師為主要目標的高等工科院校也必然會被要求重新審視自己的定位。為了適應經濟全球化的變化，工程教育在教學目的、目標、內容、方法和手段上都必須做相應的改革。
2.歐盟一體化影響
歐盟作為當今世界最大的區域性一體化組織，在追求政治上用一個聲音說話的過程中不斷加強和推進經濟、軍事、文化、教育、科技等領域的一體化。德國作為歐盟的重要成員國，在高等工程教育領域內也受到來自歐盟內部要求其變革的影響，其中最為直接的就是1999年33個歐洲國家教育部長在意大利通過的“博洛尼亞宣言”。
“博洛尼亞宣言”意在保證教育質量的前提下，實現歐洲各國的學位制度的統一，建立共同的歐洲教育區。這就對德國高等工程教育原有的體系帶來重要影響。為了推進博洛尼亞進程，實現歐洲各國的學位制度的統一，就必須對現有的學位和學制進行改革。
三、德國高等工程教育改革的措施
隨著知識經濟的發展、全球化趨勢的加強、國際競爭壓力的加劇，為了進一步發揮優勢，保持特色，德國政府在20世紀末進行了一系列的改革，采取了一些措施。
1.高等工程教育的國際化
經濟全球化進程決定了教育的國際化。國際化的表現形式是教師和學生的國際流動，信息與教育資源一定程度的國際共享，學位的互認與共容。特別是在1999年通過博洛尼亞宣言后德國政府和教育界加快了高等工程教育的國際化，主要體現在：
（1）不斷擴大外國留學生的招生人數。招收外國留學生一方面可以擴大高等工程教育的國際交流，另一方面也可緩解德國高等工程教育中存在的生源不足的現象。因此，德國政府、高校、社會團體等采取種種措施擴大外國留學生的招生人數。為推進博洛尼亞進程，促進學生和教師在歐洲范圍內的流動，德國政府采取了必要措施，使得國家貸款和獎學金可以轉移，同時放寬對留學生比例的限制。另一方面，德國對外文化交流協會還與多國政府簽訂了聯合培養碩士、博士的協議，并有很多諸如洪堡基金會、教會等民間機構會無償或有償地資助外國研究人員或留學生。
（2）學位體制與國際接軌。與英、美等國通用的學士、碩士和博士三級學位制不同，德國高等工程教育授予的是文憑工程師學位。根據高校類型的不同，文憑工程師學位可分為大學文憑工程師和專業學院文憑工程師兩類。從1999～2000年冬季學期開始，德國若干工科大學都在原有的文憑工程師和工學博士的基礎上增加了工學學士和工學碩士學位，其招生范圍是外國和德國本國學生。其課程設計采用模塊的方式，采用英語來講授其中很多課程。獲得學士學位的學生畢業時可以根據自己的實際情況來選擇不同的道路，其中對實踐有興趣的學生可以在畢業后直接就業，而有興趣從事理論研究的學生則可以繼續碩士階段的課程學習，獲得更高的學位。同時，學生還可以選擇攻讀雙學士學位。至于國外留學生，德國大學對已獲得教育、電子電氣、機械、環保等專業學士學位的留學生開設碩士學位課程，實行國際碩士培養計劃。同時，對于已經得本國碩士學位的留學生，德國大學會對其進一步開設博士課程。
2.高等工程教育的綜合化
德國高等工程教育起始于1870年前后建立的德國工科大學。在20世紀60年代末70年代初又建立了高等?？拼髮W。從此，德國形成了由工業大學和高等?？拼髮W并存并各有側重的高等工程教育體制，在全世界有著廣泛影響。
一、德國高等工程教育的特點
1.培養目標的明確性
德國高等工科院校的培養目標是高質素的工程師。為了培養高素質的工程師，德國高等工程教育界形成了學習年限長、教學任務重、考試要求嚴、實踐環節多、淘汰率高的特點。
工科專業本科的培養年限一般為五年，但實際上只有很少學生能按時完成，多數學生要5～7年，甚至8～9年才能完成學習任務。本科生教育由基礎學習階段和主科學習階段構成，其中基礎學習階段一般為2年，主要學習內容為各系的共同基礎性課程，目的在于培養學生的科學知識和工作基礎，同時要求學生必須通過嚴格的考試。在完成基礎學習階段后就進入主科學習階段。在該階段中，學生要確定自己的專業方向；完成該專業相關的學習任務（主要包含必修課、選修課和任選課程）；完成本專業的實驗、課程設計、專題報告和畢業論文。主科學習階段的時間不固定，因人而異，一般為3～4年。因此，學生往往要經過5~7年的艱苦學習才能夠拿到德國工程師文憑。
在德國，大學的每學年是由夏、冬兩個學期組成，其中夏季學期包含3個月，而冬季學期為4個月。德國的大學實行從上午7點到晚上9點的全日程課程，沒有固定的午、晚飯時間，其中每堂課為一個半小時，課間安排15分鐘的休息時間。就是在假期，學生也并不能完全休息，需要完成很多諸如實習、考試、作業等任務。
為保證畢業生的質量，德國各大學和專業都要對學生進行選擇和淘汰，一般淘汰率為30%～50%；有的學校和專業的淘汰率令人難以想象。
2.培養過程的實踐性
德國高等工程教育培養目標的明確性決定了在具體的培養過程別重視理論與實踐兩個方面的教育。因此，德國高等工程教育形成了崇尚理論研究、強調技術科學、密切聯系實際的優良傳統，保證了德國工程師在世界上享有較高的聲譽。
（1）大學在學術上有求真務實的傳統。在德國高等工程教育界，學校衡量教授學術水平高低的標準不是論文的多少而是實驗。實驗是科技發展的源泉，能用以證明教授研究成果的主要是實際開發的實驗裝置、模型或樣機、新研制的產品等。因而，德國高等工科院校特別重視試驗研究的結果，對工程領域博士學位答辯的要求是一定要做出實實在在的東西，確實解決了問題，而對并沒有硬性要求。
（2）面向實際設計課程。在校學習期間，德國高等工科院校會逐步安排學生接觸工作中需要解決的實際問題，并把科學解決實際問題的知識與方法作為重要的教學內容，不斷提高學生解決實際應用問題的能力。同時，學校還會及時把實際生產實踐中最新的工藝、技術和知識補充到日常教學內容中，不斷更新自己的教材。
（3）教師具備豐富的實踐經驗。德國高等工程教育重視教師的實踐背景。工程專業的大學教授都被要求至少具有5年以上的工程實踐經歷。德國高等工程教育中，教師成為輸送學生到企業實踐訓練和就業的聯系人。德國高等工科院校的教師與工業界保持非常密切的聯系，主要表現在兩個方面：一方面，他們的實驗室幫助企業解決實際生產中遇到的問題；另一方面，他們本人往往都在企業兼職甚至開辦企業。
（4）與企業建立良好的合作教育機制。除了在學校內學習理論知識和部分的實習外，德國工科大學的學生一般還有3～6個月時間用于在校外企業進行生產實踐活動。學生常?？梢岳眉倨趨⑴c工廠企業的科研開發與研究項目，并且很多學生的畢業設計課題也都源于企業的實踐問題。此外，德國企業界普遍把培養后備力量作為企業的一種社會責任與義務，非常愿意接納學生參與企業的實踐活動。
3.工程教育的法制化
作為法制國家，在德國，人們會自覺和習慣地按照法律規定進行個人和組織的行為。高等學校是整個國家法制體系中的重要組成部分。因此，每當高等工程教育改革條件相對成熟時，德國政府就會以法律形式為改革清除障礙，減少改革中遇到的阻力，保證改革能順利進行。比如，1998年德國政府出臺了德國大學基本法的修正案，該法案保證了引進學士、碩士學位制，改革課程內容及結構，對高校放權、改革教授聘任制等一系列的方案實施，為德國大學的進一步發展提供政策支持和保證。
二、當前德國高等工程教育改革的原因
德國高等工程教育從誕生之日起，憑借其優良的傳統和特色與美國高等工程教育一起成為世界上高等工程教育中的兩大模式。但20世紀60年代后，特別是當前國際政治領域發生深刻變化、科學技術突飛猛進、國際交往和文化融合不斷深化的背景下，德國高等工程教育也出現了種種的不適應。比如，高等工程教育的學生在校學習時間過長，就業時間相對較晚，學位種類偏少、國際流通度較差等情況。導致出現這些現象的原因主要有兩個方面。
1.經濟全球化的影響
當前，經濟全球化已成為世界經濟增長和世界政治變化的主要原因。在經濟全球化的背景下，伴隨著科學技術的突飛猛進，企業已越來越感受到來自市場競爭和技術革新的雙重壓力。激烈的市場競爭會對企業不斷提出新的要求和挑戰，迫使企業根據廣大消費者的要求，在技術上不斷創新、改進生產工藝，在管理上不斷優化組織結構，開發出適合消費者要求的新產品。工程師的工作內容就包含在產品研發、過程研發與設計制造、營銷等整個產業鏈之中，因此，經濟全球化必然帶來對工程師素質、能力的重新定位和要求。在經濟全球化的進程中，作為以培養工程師為主要目標的高等工科院校也必然會被要求重新審視自己的定位。為了適應經濟全球化的變化，工程教育在教學目的、目標、內容、方法和手段上都必須做相應的改革。
2.歐盟一體化影響
歐盟作為當今世界最大的區域性一體化組織，在追求政治上用一個聲音說話的過程中不斷加強和推進經濟、軍事、文化、教育、科技等領域的一體化。德國作為歐盟的重要成員國，在高等工程教育領域內也受到來自歐盟內部要求其變革的影響，其中最為直接的就是1999年33個歐洲國家教育部長在意大利通過的“博洛尼亞宣言”。
“博洛尼亞宣言”意在保證教育質量的前提下，實現歐洲各國的學位制度的統一，建立共同的歐洲教育區。這就對德國高等工程教育原有的體系帶來重要影響。為了推進博洛尼亞進程，實現歐洲各國的學位制度的統一，就必須對現有的學位和學制進行改革。
三、德國高等工程教育改革的措施
隨著知識經濟的發展、全球化趨勢的加強、國際競爭壓力的加劇，為了進一步發揮優勢，保持特色，德國政府在20世紀末進行了一系列的改革，采取了一些措施。
1.高等工程教育的國際化
經濟全球化進程決定了教育的國際化。國際化的表現形式是教師和學生的國際流動，信息與教育資源一定程度的國際共享，學位的互認與共容。特別是在1999年通過博洛尼亞宣言后德國政府和教育界加快了高等工程教育的國際化，主要體現在：
（1）不斷擴大外國留學生的招生人數。招收外國留學生一方面可以擴大高等工程教育的國際交流，另一方面也可緩解德國高等工程教育中存在的生源不足的現象。因此，德國政府、高校、社會團體等采取種種措施擴大外國留學生的招生人數。為推進博洛尼亞進程，促進學生和教師在歐洲范圍內的流動，德國政府采取了必要措施，使得國家貸款和獎學金可以轉移，同時放寬對留學生比例的限制。另一方面，德國對外文化交流協會還與多國政府簽訂了聯合培養碩士、博士的協議，并有很多諸如洪堡基金會、教會等民間機構會無償或有償地資助外國研究人員或留學生。
（2）學位體制與國際接軌。與英、美等國通用的學士、碩士和博士三級學位制不同，德國高等工程教育授予的是文憑工程師學位。根據高校類型的不同，文憑工程師學位可分為大學文憑工程師和專業學院文憑工程師兩類。從1999～2000年冬季學期開始，德國若干工科大學都在原有的文憑工程師和工學博士的基礎上增加了工學學士和工學碩士學位，其招生范圍是外國和德國本國學生。其課程設計采用模塊的方式，采用英語來講授其中很多課程。獲得學士學位的學生畢業時可以根據自己的實際情況來選擇不同的道路，其中對實踐有興趣的學生可以在畢業后直接就業，而有興趣從事理論研究的學生則可以繼續碩士階段的課程學習，獲得更高的學位。同時，學生還可以選擇攻讀雙學士學位。至于國外留學生，德國大學對已獲得教育、電子電氣、機械、環保等專業學士學位的留學生開設碩士學位課程，實行國際碩士培養計劃。同時，對于已經得本國碩士學位的留學生，德國大學會對其進一步開設博士課程。
2.高等工程教育的綜合化
一個月相聲畫出模型
“國家的工業水平取決于裝備制造業，而裝備制造業水平則取決于機床。數控機床素有“工業之母”之稱，我們生活和生產中用到的各類機械產品和裝備都是直接或間接由數控機床制造的。卡盤就是數控機床用于夾持工件的雙手，卡盤的精度制約著機床對產品加工精度的提升。如果能夠提高卡盤夾持工件的精度，就可以使機床加工出質量更高的產品?！庇谑?，王健健心懷熱忱，主動請纓負責卡盤精度設計部分，以提高卡盤的夾持精度。
作為研一學生，王健健沒有實際接觸過卡盤，對卡盤的結構和工作原理是一頭霧水，即使一心埋首實驗室和圖書館，大啃巨著，課題依然罕有進展。經導師的建議，王健健暫時離開實驗室，到國內最大的卡盤生產制造商，同時也是清華大學重大專項的合作單位――呼和浩特眾環集團實習。效果立竿見影，生產一線的經歷讓王健健很快搞清了卡盤的結構原理及制造工藝，為順利開展卡盤的精度設計研究打下了基礎。
隨后，王健健開展起課題的核心基礎工作之一：建立卡盤的定心精度正向預測模型。未料，他查閱了大量關于卡盤的相關參考文獻，都沒有找到可行的解決方案。正當研究陷入僵局時，他回學校觀摩了實驗室某位師兄的畢業論文預答辯?！八芯康氖菙悼貦C床的精度方向，我當時并沒有聽太懂。”不過，師兄的課題是機床精度建模，王健健的課題是卡盤精度建模，“我當時就想到，師兄的研究方法或許可以借鑒。”憑著學術敏感，王健健記住了精度建模方法的關鍵詞：齊次坐標矩陣和小位移旋量。
雖然這些概念都是王健健從未涉及過的，但師兄的研究方法卻在王健健的心里如草兒一般萌芽。王健健笑道：“一系列全新的概念在我眼前張牙舞爪，脆從最基本的原理開始學習，很快掌握了這一最新的精度建模理論，最后‘移花接木’，成功用于卡盤的定心精度建模?！?/p>
課題進展如巨輪般滾動向前，在獲得卡盤圖紙的第一手資料后，王健健隨即展開第二項任務：繪制卡盤的三維模型庫?！翱ūP除了常用的楔式卡盤，還有球節式、斜柱式等多種類型幾十種規格，要想繪制好模型，并非易事?！庇谑?，一到夜晚，他就回到實習單位在郊區的宿舍，打開提前下載好的相聲，一邊聽相聲一邊畫圖。整整一個月后，他畫出了多達10種類型50種規格的卡盤模型，形成了模型庫，為企業的卡盤研發提供了基礎材料?；谕踅〗〉难芯浚献髌髽I調整了卡盤的制造工藝，實現了卡盤定心精度的顯著提升。
一場夢悟出答案
2015年12月，王健健正在開展藍寶石晶體旋轉超聲鉆孔加工的實驗研究。這項研究是一場“硬碰硬”的較量，旨在利用超聲振動能量，將硬度高、易破碎的藍寶石材料進行高效鉆孔加工，同時改善加工精度、減小加工損傷，最終提高藍寶石晶體的鉆孔加工效率。
旋轉超聲鉆孔加工工藝堪稱“優雅的大力士”，能夠輕松地降低刀具對材料的切削力，在加工過程中避免蠻力的出現。但很快，他在實驗中發現了切削力的異常現象。一般來說，隨著鉆孔深度增大，切削力會逐漸增大，但當“用力過猛”，切削力超過某一個極限值的時候，切削力會突然跳升，使儀器患上“急性病”，陡然在出孔處形成很大的崩邊損傷。對儀器來說，這無異于一種“自殺式”的操作。但對于這個現象，王健健的眼神里似有星星W耀：“這一現象非常奇特，之前也沒有過文獻報道，也許是一個很有意義的新發現?！钡靡嬗诹己玫目蒲忻舾行?，王健健開始重復實驗。他興奮地發現這一切削力跳升現象每次都會出現，實驗結果的重復性也很有規律，每次都出現在相同的鉆孔深度處，“說明這里面有值得研究的科學內容?！?/p>
但是，到底為什么會出現這一現象呢？王健健百思不得其解。他回憶起自己當時啼笑皆非的經歷：“當時我分分秒秒都無法忘掉這個問題，每天走路、吃飯、睡覺前，甚至夢里都想求得一個答案。一天凌晨，我應該正在做夢（別笑，確實是這樣），突然想到很可能是因為切削力的增大抑制了超聲振幅，而超聲振幅的減小又反過來造成了切削力的突然增大，導致了這一現象?！?/p>
驚醒之后，王健健迫不及待地想證明這一猜想，但需要首先證明超聲振幅確實受到了抑制。然而，“加工過程中超聲振幅的實時測量一直是這個領域里的一個難題?！逼綇托那楹?，他突然注意到超聲機床面板上的超聲功率參數一直在變化，這個細節啟發了他，“或許可以用超聲功率來監測超聲振幅的變化?！痹诤罄m的實驗中，他敏銳地發現，當切削力突然跳升時，超聲振幅從開始的10微米一下子減小到了1微米?；谝陨系膶嶒灛F象，王健健進一步挖掘和提煉，并設計了更加嚴謹的實驗，最終明確提出旋轉超聲加工機床極限工藝能力的存在?！袄碚摻Y果表明，極限工藝能力是由超聲機床的參數決定的，而與所加工的材料和所使用的加工參數沒有關系?！?/p>
什么是3D 打?。亢唵蔚卣f，3D 打印就像我們平時所用的打印一樣，是把電腦中的文檔打印出來。只不過，我們平常所用的打印機是把文字和圖像打印在紙張或其他介質上，是一種平面的打印過程。而3D 打印是把電腦中的立體圖像直接打印成一個真實的物品.
3D 打印機不用紙或墨，而是通過計算機輔助設計、遠程數據傳輸、激光掃描、材料熔融等一系列技術，使塑料粒、金屬粉、陶瓷粉等材料熔化，并按照3D電腦圖像的結構，將材料一層層疊加起來，最終把電腦圖像變成實物。簡單地說，3D 打印的原理和蠶織繭有些類似，蠶吐出很細的絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。雖然所用材料和工藝不一樣，但3D 打印的基本原理都是根據要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成一個立體的物品。
傳統制造業生產時往往是用減法，就是把一些材料通過截斷、裁剪、打磨等方法來獲得制造物品所需的尺寸，制造的過程中免不了浪費原材料，還會帶來一定程度的污染。然而，3D 打印物品運用的是加法，就是將粉末、液體、片狀等細碎材料逐層堆積成一個物品，就好像一層層打印上去一樣。因此，3D 打印又被專業人士稱為“增材制造”。
就像普通打印機打印文字和圖像需要有電腦文檔一樣，3D 打印也需要有相應的3D 文檔。一般先在電腦中用專業的3D 設計軟件進行產品建模，再將建成的3D 模型“分區”成逐層的截面，再轉換為打印格式，輸入到3D 打印機進行打印。聽起來好像非常簡單，實際上比較復雜，輸入的圖紙需要精確的參數才能提高成品精度，這也是為什么3D 打印目前還只是專業人士和發燒友才能玩的原因。
3D 打印技術的發展
1988 年，美國人斯科特?克朗普發明了一種新的3D打印技術―――熔融沉積成型。這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件分層的預定軌跡，以固定的速率進行熔體沉積。每完成一層，工作臺下降一個層厚，以進行疊加沉積新的一層，如此反復最終實現零件的沉積成型。該工藝適用于產品的概念建模及形狀和功能測試的中等復雜程度的中小原型，但不適合制造大型零件。
1989 年，美國人德卡德發明了選擇性激光燒結技術。它的原理是預先在工作臺上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），激光在計算機控制下，按照界面輪廓信息，對實心部分粉末進行燒結，然后不斷循環，層層堆積成型。這種技術的特點是原材料選材范圍廣泛，比如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料。
1992 年，美國人赫利塞思發明層片疊加制造技術。其原理是先將單面涂有熱溶膠的薄片材料加熱，熱溶膠在加熱狀態下產生黏性，多張薄片材料便能粘接在一起。接著，機器上方的激光器按照電腦模型分層數據，用激光束將薄片切割成所制零件的內外輪廓。接著，再鋪上新的一層薄片，通過熱壓裝置將其與下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割。然后，不斷重復這個過程，直至整個物品打印完成。
在1995 年之前，還沒有3D 打印這個名稱，那時比較為研究領域所接受的名稱是“快速成型”。1995年，美國麻省理工學院機械工程系的兩名大四學生吉姆和蒂姆的畢業論文選題是便捷的快速成型技術。兩人經過多次探討，結果想到利用當時已經普及的噴墨打印機。他們把打印機墨盒里面的墨水替換成膠水，用噴射出來的膠水來粘接粉末床上的粉末，結果可以打印出一些立體的物品。他們興奮地將這種打印方法稱作3D 打印，將他們改裝的打印機稱作3D 打印機。此后，“3D 打印”一詞慢慢流行，所有的快速成型技術都歸到3D 打印的麾下。
最初的3D 打印所用原料大多是塑料，而如今可用于打印的原料種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟?？茖W家們甚至利用3D 打印機制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，依據3D 打印技術的發展趨勢，將來我們極有可能制造出人體器官。目前三維打印機的分辨率對大多數產品來說已經足夠，不過，這些打印出來的物品在彎曲的表面可能會稍微粗糙一些，形似圖像上的鋸齒一樣。目前獲取“更高分辨率”的物品的方法，通常采用3D 打印機打印出稍大一點的物體，然后經過表面打磨來得到表面光滑的“高分辨率”物品。
可自我復制的3D 打印機
2005 年，英國巴恩大學的教授亞德里安?鮑耶提出RepRap 項目，它的目標是制造“自我復制機”。RepRap是英文replicating rapid prototyper 的縮寫，意思是“快速復制原型”。其實，RepRap 打印機就是一臺3D 打印“母機”。它具有一定程度的自我復制能力，能夠打印出和自身結構相同的零件，用這些零件可以組裝成和“母機”一模一樣的“子機”，就像復印機所做的事情一樣。
殷建華教授的人生經歷了曲折、艱苦和成功的喜悅。殷建華教授出身于湖北省崇陽縣白霓鎮。白霓鎮是鄂南因橋而興的湖北古鎮,歷史悠久,源遠流長,明嘉靖四十年(1561年)邑商熊白霓為方便百姓,捐資建橋于高堤河上,為銘善舉,故以“白霓”命名,至今已有四百多年歷史。白霓文化深厚,景觀璀璨,是中國民間藝術――提琴戲之鄉,廣泛流傳民間敘事詩《鐘九鬧漕》的產生之地。1977年在該鎮大市出土的商代銅鼓,距今已有3000多年歷史,成為崇陽古代文明象征。1979年,治內出土的獸面紋提梁卣是青銅藝術瑰寶,鎮西南金城山上有宋太史黃庭堅讀書的遺跡――金城墨沼,為“崇陽古八景”之一。建于后唐和宋代的崇陽歷史上著名的水利工程石枧堰,遠陂堰,至今已越千年;三國時期,東吳大將陸遜曾屯兵金城山;清朝晚期,將士與清軍血戰歇馬山。建于明清時代的石板街,全長317米,青石路、朱大門、馬頭墻、斗拱楣,雕欄畫柱,檐牙高啄,古樸黃雅,巷道曲折,斬紉巳,是中華傳統民居之寶貴遺產。
殷建華教授小時候,在石板街上古色古香的居屋長大。他在鎮上就讀于白霓小學,1968年底隨母親李鳳儀和哥哥殷建國從白霓鎮下放到堰下鄉第一生產隊務農,便在這里上金城中學,之后去白霓高中上學,1975年高中畢業后回到堰下鄉第一生產隊。他在農村種過田,在大市渡槽工地當農民工,之后到青山第三級水電站工地指揮部當文宣員,直到1977年冬季參加“”后的第一次高考,考上重慶建筑工程學院(現并入重慶大學)。
刻苦學習
批判性思維 創新性實踐
殷建華在重慶建筑工程學院水港系讀航道與港口工程專業,以優秀的成績于1981年底畢業,同年考上中國科學院武漢巖土力學研究所碩士研究生。從師于中國著名的巖土力學袁建新先生、袁先生1948考入土木系――1952年獲學士學位。1956年入美國路易維爾大學土木系,1957年獲碩士學位并受聘于美國波音飛機公司任副工程師。1958年底,袁建新先生通過印度駐華盛頓大使館與中國國務院取得了聯系,他沖破了重重阻撓,終于經香港于1959年元月抵達祖國。
殷建華在導師袁建新教授的指導下,順利完成了他的碩士論文《土的非線性剪脹應力-應變模型》。他指出了當時非常流行的用于土石壩和地基有限元分析的鄧肯-張非線性應力-應變本構模型中的缺點:此模型不能描述土的剪脹性和剪縮性。由此,殷建華提出了新的土的非線性剪脹應力-應變模型,作了試驗驗證,并將新的模型用于土石壩和巖土工程限元分析計算分析。
碩士畢業后,殷建華留在武漢巖土力學所工作,任助理研究員。作為“”后培養的第一批碩士生和年青研究人員,他參加了“”后的第一次全國土的剪切強度與本構關系會議。會議在湖北省武當山附近的老河口市召開。在會上,殷建華組織青年論臺,積極發言,受到老一輩的歡迎與肯定。
1986年9月,殷建華通過考試與挑選,得到中國科學院的獎學金,被公派到加拿大曼尼托巴大學土木系攻讀博士學位。在曼尼托巴大學他所有學的總共6門課,取得3個A+和3個A的優秀成績,是班上第一名。由此,他得到大曼尼托巴大學外國學生獎學金。他的博士學位研究是在著名的James Graham 教授指導下完成的。James Graham 教授曾任加拿大巖土工程學會主席和加拿大巖土工程刊物的主編。殷建華博士論文題目是《土的時間有關的應力應變本構模型》。對于土的時間有關的應力應變特性的建模研究是一個活躍的有著長期歷史的研究領域。早期的研究得追溯到十八世紀的Maxwell的流變模型和Kelvin的流變模型,許多中國學者在這個領域上也作出了巨大的貢獻。但先前的工作或模型都有一些局限性。殷建華基于前人的工作、科學原理和對土的蠕變行為的基本理解,建立了一個新的一維彈粘塑性本構模型,即非線性流變模型,是對線性的Maxwell的流變模型重大發展。該模型描述了土在一維任意荷載條件下與時間有關的非線性應力應變關系。模型被試驗數據驗證并用于固結分析中。殷建華教授歸納和闡述了一個重要的土的蠕變特性,即土單元的蠕變率僅與應力-應變狀態有關,而與加載路徑(或加載歷史)無關。該模型在提出之后又進一步得到發展,得到了更廣泛的應用。他只用了3年7個月的時間便完成了博士學位課程與研究,取得博士學位。當時在土木系,他是最短時間內取得博士學位的研究生。
博士畢業后,殷建華博士在加拿大東海岸一顧問設計公司工作兩年多,后在一研究中心工作兩年,于1994年來到香港一顧問設計公司工作,1995年9月加入香港理工大學,從助理教授,副教授,到2002年成為正教授。
殷建華教授現成為香港屈指可數的專業人士、工程師。他的人生之路真實地寫滿了努力與奮斗!
人們都說,三分天注定,七分靠打拚。殷建華教授的人生恰如其分地演繹了這句話的含義,從而給我們一個有力地啟發――做事情也好,做學問也罷,最重要的是靠自己的努力,堅持選擇,并拿出堅持不懈的努力和奮斗的勇氣!
而這,對于當下那些在生活面前彷徨無助,甚至開始困惑于自己專業選擇的年輕學子們,尤其有值得思索的意義。
努力成材學貫中西
2004年7月19日。這一天,殷建華教授應邀回到他曾經讀碩士和工作過的中科院武漢巖土力學所,為該所科研人員和研究生作了一場題目為“巖土工程發展過程研究方法、經驗總結和個人體會”的學術報告。報告中,殷建華教授從土力學的發展過程、個人的求學經歷、生活家庭的變化情況等幾個方面向該所在座的師生們作了生動具體的介紹,并號召學生們抓住現在的好機會,努力學習,為國爭光。
作為香港理工大學教授,知名的巖土工程師,殷建華教授經常應邀前往各高校作學術演講或者學術報告,往往能夠在高校引起強烈的反響,達到增進友誼、擴大共識、合作交流與共同發展的學術交流目的。但是,在中科院巖土所的這一場學術報告,帶給學生們的意義卻全然不同。
在中科院武漢巖土力學所學子們的心中,除了在學術的交流中增長見識外,他們的心中更受到一種精神的激勵,情不自禁地升起對上進的強烈渴望,因為為他們作學術報告的那一位教授,曾經就是他們的校友――1984年的碩士研究生。殷建華教授于2002年被聘為武漢巖土所巖土力學重點實驗室兼職研究員。在殷建華教授的心中,對中科院武漢巖土力學所是充滿了感情,所以這樣一場學術報告,他將自己的求學經歷和學術結合在一起,濃縮了自己這一段學術生涯的風雨歷程。那就是,從求學起,殷建華教授就一直用“努力”詮釋著自己的人生價值,正如同他自己所說:“人的一生,全靠自身努力,唯有努力不懈,才能成功?！?/p>
縱觀殷建華教授的求學經歷,從學士到碩士再到博士,字面上一切一帆風順,但是在實際生活中,卻是要付出許多努力和汗水。
殷建華教授在大學時選擇的專業,就是巖土工程。而巖土工程是一門很博大、很深奧的學問,以大學有限的知識面,去探索里面的奧秘,顯然是很艱難的。因為一個系統的科學,就好像源頭活水,支流旁支駁雜,衍生出很多很細的專業,讓人難以一一追根尋源。殷建華教授坦白說:“在進大學之前,對于這個專業,其實我不大懂。”
但是進了這個專業,真正了解了這個專業博大的系統之后,殷建華教授也依然是坦然面對,在研究生專業的選擇上,依然是選擇巖土工程,只不過,這個時候經過大學的系統學習,對這個專業有了一個一般的了解,殷建華教授因此朝著專業細化地方向發展。對此,殷建華教授作了一個形象的比喻:“就好像建房子,不是一家兩家公司,也不是一個兩個專業就可以做出來的。建房子,除了地基和結構,還涉及到建筑學、機械工程、通風等一系列的學問?！?/p>
有人說,學習是一顆辛苦、無味的種子,埋藏在你人生路上,你只有用汗水澆灌,才能結出美味可口的果實。的確,在一般人心中,巖土工程這樣的專業,每天要與數據打交道,時間長了會覺得索然無味,失去學習的興趣。殷建華教授在選擇武漢的中國科學院研究所之后,也是有過一陣子的迷惑,因為專業的細分遠遠不是大學時候所學可以比擬的。但是殷建華教授很快愛上了自己的專業,在他看來,這個專業是用來解決實際問題的,并不是很抽象,因此在長時間的學習中,他并沒有覺得枯燥?；蛟S是抱著這樣的學習心態,加上自身刻苦的努力,殷建華教授取得了自己的進步,取得了讓別人看得見的進步。因此在拿到碩士學位之后,得到中科院的選派和獎學金前往加拿大攻讀博士學位。
努力付出往往和收獲成正比。在加拿大留學的日子,殷建華教授不負眾望,拿到了加拿大 Manitoba 大學優秀外國學生獎學金,所有功課都是班上第一名。之后,殷建華教授順利地拿到了博士學位,成為一名學貫中西的專家學者。而對于許許多多正在求學的學子們來說,殷建華教授的這一段求學經歷,卻如同一盞明燈,驅散了那些學生心中的迷惘,激勵著學生們努力、努力、再努力。
傳道授業不懈求索
古人曰:師者,所以傳道授業解惑也;現在我們說:教師是人類靈魂的工程師。從古到今,教師這個職業都是高尚的,受人尊重的。作為一名學貫中西的專家學者,殷建華教授最終將自己的角色定位在教師這個位置上,值得人尊敬。
選擇在香港理工大學任教,殷建華教授并不自恃學問高就傲物,而是從低做起,踏踏實實,一步一個腳印,對自己負責,也對自己的學生負責,從助理教授很快升到了副教授,隨后又在2002年升為正教授。
職稱的飛快提升,是香港理工大學作為一所名牌大學,對殷建華教授最大的肯定;而殷建華教授在教書育人的同時,也真正實現了自己的人生價值,將自己的專業作出了最大的貢獻。
當初,獲得博士學位后,殷建華教授并沒有急于回到國家,而是在加拿大東部城市的一個顧問設計諮詢公司和一研究中心分別工作過兩年。而移居香港后,也在一個顧問設計諮詢公司工作接近一年?？梢哉f,這幾年的工作經歷,使得殷建華教授所學的理論知識,在實踐中得到了很好地印證,也很好地鍛煉了自己的能力,更增強自己解決實際問題的能力。而這些,更為他成為一名優秀的教授打下了良好的理論與實際相結合的基礎。
據了解,殷建華教授所指導的兩大學生畢業論文連續兩年 (1999-2000年, 2000-2001年)被香港工程師學會評為第一名,并得到獎金和證書。殷建華教授介紹說:“我們對教學很重視,也重視跟學生溝通。我們學校教學有一整套系統,很完善,也很出色,所以本科生從我們這里畢業都很有收獲,在社會上也很有改變?！?/p>
優秀的教師,培養出優秀的學生,但本質上,殷建華教授也是一名優秀的學者。他擔任高校聯工程師聯合會主席,將香港高校的許多工程界的朋友,匯聚在一起,在專業的碰撞間,實現聯會對香港、對國家更大的貢獻。
可以說,殷建華教授是國際巖土力學界十分活躍的青年專家學者,目前不僅擔任國際巖土力學計算方法與進展學會副主席、國際巖土力學與工程學會會員、中國力學學會巖土力學專業委員會委員、中國巖石力學與工程學會及地面巖石力學與工程專業委員會委員、中國地質學會及工程地質專業委員會委員、香港力學學會委員等職務,同時還擔任《加拿大巖土工程》學報副主編、國際《巖土力學與巖土工程》學報主編之一,美國《國際巖土力學》學報編委、國際《海洋地球資源與巖土工程》學報編委、《防災減災工程學報》編委、《巖土力學與工程學報》編委、《巖土工程界》編委、《結構工程進展》國際雜志編委。
積極參與國內、國際學術的同時,殷建華教授也有自己的學術研究,在科研上取得豐富的成果:首創性地給出等效時間定義和土的一維、三維粘塑性模型,并應用于土體完全耦合的固結分析;首創性地將Timoshenko Beam Model用于土工布加筋土地基模擬;提出有排水板和用非線性土的本構方程(維彈粘塑性模型)完全耦合的固結分析的有效的有限元方法;首創性地將填海造地工程和土的固結理論及分析與互聯網結合。
其中,殷建華教授取得4項專利,出版了2本專著和編輯了3本書籍,發表了300多篇學術論文, 其中102篇學術論文在國際科學引文索引數據庫中的科學期刊(Journals in Science Citation Index )上發表。
看上去，人們好像都知道一點力學，但您知道嗎？“力學作為自然科學的第一個定量學科，發展至今，其現狀與以前已大不一樣，尤其在研究的深度與廣度方面。今天我們的很多工程設計與對自然災害發生發展規律的揭示及防治都需要高水平的力學研究去支撐，而不僅僅是弄幾個力學專業詞匯以至于沒有深入的力學研究就能有效推動的，它需要創新來促使舊貌換新顏?！碧m州大學土木工程與力學學院院長周又和教授一席話，代表了中國力學研究中堅力量的思考方向。
登上塔尖可以看到廣袤的風景，站上巨人肩膀可以推動科學研究的快速前行，無論如何都要用盡全力向上攀緣才行。尤其在科學研究方面，更要用功、用心、用智，才可發現攀緣的階梯。周又和與力學的淵源已30年有余，在力學的天地里不斷地攀緣。追本溯源，他的歷程是一條汗水凝聚著收獲、前行伴隨著思索、創新驅動著發展的奮發有為之路。
立志為學――開啟人生精彩夢
周天寒徹何所依，又見彩虹艷陽起。和煦春風遍地吹，馥郁桃花滿山。
詩言志，一首詩能夠折射出一個人的所感、所想。2011年1月6日，周又和閑來寫下了這首詩，以總結自己多年來的人生感悟。詩如其人，可以感受到，周又和在用心參悟生命，在用汗水鋪就人生的精彩之旅。
周又和，1957年5月出生于湖北漢川的一個普通農村家庭。家中有兄弟六人，周又和排行第四，他上面還有一個姐姐，全家日子過得十分清貧。在上世紀60年代初，大哥考入初中學習，畢業前夕父親突發重病，親友們力勸父親讓大哥回家務農以緩解危難，但父親不忍心讓成績優秀的大哥輟學。為了減輕家庭負擔，大哥以優異的中考成績考取了能提供生活費的孝感師范學校，畢業后當上了一名人民教師。但受溫飽問題和“”的影響，大哥之后的兩兄一姐的讀書都止于小學。到周又和及其兩個弟弟讀書時，家中困境略有緩解，父親就堅持讓他們多讀點書。所幸的是，他們因親歷農村的窮苦生活，所以立志發奮讀書以改變貧窮面貌。這樣，他家共有兄弟四人實現了讀書的夢想，這在當地也算是一段佳話。
對周又和人生成長影響最深的是他的父親與大哥，他們對于人生樂觀向上的態度、敢為人先的干勁一直深深地扎在了周又和的腦海里。在當地，父親周協堂是種田能手，上世紀50年代初期曾擔任過合作社的蔬菜排排長，對于在何時何地種什么莊稼他都了然于心，精心耕作，成為生產隊種田的“高級參謀”；那時，自留地是全家人生活的主要依靠，他也敢在自留地里種當地人沒有種過的生姜與花菜等，并能獲得好的收成。大哥周運和對工作一絲不茍，通過不斷努力，能力持續得到提升，在上世紀70年代后期，他通過報考函授大學班獲得了大學文憑從而圓了他的“大學夢”，從一名小學老師迅速提拔到初中、高中任教，恢復高考后成為縣里有名的高中數學老師，90年代還出任過縣重點高中漢川二中的副校長。父親經常以大哥的優異成績為自豪，并用大哥的范例來引導與教育其它小孩。受此影響，大哥帶回家的數學書籍，周又和“偷偷”拿去學習，因此他從小數學成績就拔尖。在“教育回潮”的1972年，周又和于當年春季進入高中學習，有幸遇上了抓基礎教育質量的好時機。那時學校狠抓基礎教育，經常進行課程單元考試，他的數學與物理成績總是名列年級前茅。為此，任課老師還給他開小灶，將“”前高中課本中的一些較難習題給他做，他總能做出，深得老師的喜愛。得益于扎實的基礎，在年底學校舉辦的高中一年級數學競賽中，他以滿分第一名博得頭彩，由此奠定了他的自信心，“立志讀書”的信念也在這時候悄然種下。1973年夏天起，受“”干擾，全國遍地搞“開門辦學”，學校不敢再抓學習，但周又和始終堅守對學習的信念，支撐著他走過人生不平凡的歲月。哪怕在盛行“讀書無用論”的年代，他也從未在學習上有過動搖，一路向上，翱翔書海。
在“”那個風雨飄搖的年代，除了生活困苦的磨難外，周又和遇到的更大苦惱是他繼續深造的夢想遙遙無望。1974年7月高中畢業后，周又和回鄉務農，這一“停滯”就是近四年。在此期間他干過各種農活，當過大隊加工廠的“技術工人”，做過生產隊的會計，還當過高中民辦教師。一步步，他靠的都是自己的實力，小小的改進也給他以慰藉。對于能當上教師這一事，周又和還有一段“勵志”經歷。那是1976年，他當會計時，因為對數學的興趣，一次在縣城偶然買到一本西安交通大學編寫的《高等數學》，喜不自禁。于是，就開始自學，認真做題。他發現書上多處習題答案出錯，但又不敢相信會有此事。“初生牛犢不怕虎”，帶著疑惑，他就大膽地給教材編寫組寫信求助，最終得到回復，他的解答竟是正確的！一名不到20歲的高中生敢于“挑戰”大學教材，這在當時可是少有的事。這件事不僅讓他極受鼓舞，也給了他很大的影響，以至上大學后，他凡事不崇拜、不盲從，養成了獨立思考、敢于挑戰的科學精神。也因為這件事，周又和引起了當地有關部門注意，1977年6月，他當上了一名高中民辦物理教師。
科學的春天帶來周又和命運的轉折。深受“數學皇冠上的明珠”――陳景潤的故事影響的他，在恢復高考的1977年，成功地考上了大學――踏上了恢復高考的“第一班車”，1978年春季進入大學學習。
結緣力學――奏響學海歌
力爭上游競，學海行舟引潮掀。前程寬廣護天地，沿峭碩果令神嘆。
………………
2011年3月17日，周又和又寫下這首詩，以紀念自己力學學習與工作的34年，表達他對力學的贊美及對工作的總結和展望。有誰能知道，這樣一位與力學有著深厚淵源的學者，與力學結緣，卻是“機緣巧合”。
向來成績優異的周又和如愿考上大學，進入華中工學院（現為華中科技大學）力學專業學習。這一專業并非他所填報的志愿，只因學校要加強力學師資培養，就在所報相近專業的優秀考生中挑選，這樣他被調劑進入力學專業的師資班。周又和說他當時對力學知之甚少，幸運的是這一專業與數學有著緊密的關系，也算是能發揮他在這方面的特長，為學好專業課程發揮了作用，從此就開啟了他的“力學人生”。
周又和抓住來之不易的機遇，發奮學習。當他得知數學和物理對所學專業的重要性后，除了學好力學課程外，也著力學好數學與物理課程，這為他日后的發展奠定了堅實的基礎。還在大一與大二期間，學校先后組織了大學生數學與物理競賽，他都積極參加。在數學競賽中，他為班級獲得數學競賽三等獎，這是按班級參賽前五名考試成績的總成績確定的，他是其中五名之一。在物理競賽中，周又和獲得個人三等獎。他取得的這些好成績，使他在大學期間開始嶄露頭角。在畢業前夕做本科畢業論文的四周內，指導老師讓他就皮帶彈簧振子系統自激振動極限環的存在性開展定性分析研究。周又和在得知該問題還沒有解決后，他激情飽滿，通過嚴謹的力學和數學分析，使這一問題得以解決，他的科研能力深得老師的贊譽。這一研究論文投到學術期刊《華中工學院學報》，并于1983年發表。這在當時的本科論文中并不多見，也讓他初嘗到研究成功的滋味。到大學畢業時，師資班中的學生只有成績好的才可被選留任教。加上他的獲獎與畢業論文研究所埋下的良好伏筆，他有幸留校任力學教師。
“前程寬廣護天地，沿峭碩果令神嘆?！闭缭娭兴枋龅囊粯樱S著研究的深入，周又和越來越深刻地體會到力學的博大精深與無窮奧妙，探求的欲望也日漸強烈。在不斷攀爬象牙塔的過程中，累積了讓他享用一生的寶貴知識財富。
1987年9月，周又和從華中工學院慕名來到蘭州大學，在知名力學科學家與教育家葉開沅教授的指導下攻讀博士學位。葉開沅教授是著名力學科學家錢偉長院士的得意弟子，我國第一個力學專業――北京大學力學專業的五位創辦人之一，1956年獲首屆國家自然科學獎二等獎。此前，周又和參與的圓薄板大撓度非線性問題各種解析解法的收斂性證明與定量研究獲得突出進展。由于求解非線性問題的解法都涉及到無窮展開或無窮迭代，其收斂性是判斷和保證求解方法有效性的基本數學課題，當時沒人做過這方面的研究工作，成為非線性科學的一個難題。他與鄭曉靜一道迎難而上，針對圓薄板大撓度非線性問題，尋找到嚴格的數學證明途徑解決了這一棘手難題，使這一研究獲得重大突破。這些研究成果贏得了非線性力學領域的著名科學家錢偉長院士與郭仲衡院士的高度贊譽，被認為是該領域“國內外少見的優秀工作”，“已處國內外領先地位，是五十年來該課題最完備的一項研究”。周又和的能力由此也深得葉開沅教授的賞識。在此基礎上，葉先生安排周又和就航空儀表中的諧振壓力傳感器的力學特性開展研究。針對這一非線性動力學問題，周又和提出了自己的研究方法。首先將非線性動態解分解為靜平衡部分與在此基礎上的動力擾動部分，從理論上證明了靜態解對小擾動線性自由振動固有頻率的影響，從而確認了諧振壓力傳感器工作原理的可行性；隨后，以靜態非線性問題級數解法的高精度解為基礎，對小擾動線性自由振動的振型函數采用冪級數展開后，提出的展開系數線性變換格式將所導出的無窮階代數特征值問題轉化為有限階，從而使解的精度得到提升且計算量大幅減小；最后，采用奇異攝動法討論了大振幅非線性振動的振幅對固有頻率的影響。在這一研究路徑下，他定量給出了振弦式與振膜式諧振壓力傳感器的高精度壓力-頻率特征關系，并給出了圓板受均勻面內壓力的屈曲失穩臨界值及后屈曲力學特征的定量結果等。周又和的博士生將這一方法還推廣到熱彈性非線性梁板結構與非線梯度材料梁板結構的力學特性分析中。他在這一領域的這兩項研究成果先后獲1992和1996年度甘肅省科技進步獎二等獎。
“機會總是留給有準備的人?！边@句話用在周又和身上再合適不過。很多人在看到他的驕人成績時，總會認為他的機會太好了，想啥有啥。但他心里很清楚，為了這些收獲，他常常加班加點超常工作，付出了艱辛與努力。40歲之前，他很少在凌晨一點前睡覺，有時甚至通宵達旦。而每一項研究，都會遇到不少困難。對于困難，他敢于面對并給予有效化解。他說，“對于一名科研工作者，找可做的對象是困難，尋求解決途徑是困難，學習新知識是困難，解決問題仍是困難，表達科研成果還是困難，周而復始。然而，人的能力就是在克服各種困難的過程中得以形成與發展的。”正是這種敢于直面困難的態度和樂于鉆研的拼搏精神，使他打響了研究生涯的“重炮”――建立起了獨立從事科學研究的能力。
跨出國門――攻堅克難勇往前
………………
光陰如箭穿心過，明媚日月照人還。
………………
1989年年底周又和獲博士學位后留在蘭州大學任教。隨著薄板非線性力學研究取得重要突破帶來的科研能力和自信心，他接下來的研究便一發不可收拾。1990年前，周又和就在思考轉變研究方向。1985年美國機械工程師協會應用力學分會圍繞“固體力學的未來發展趨勢”撰寫了十余篇綜述論文， 其中4篇提到電磁固體力學為今后固體力學的新方向，指出“必須發展電磁力學理論”，“磁與力學耦合問題將是一個重要的研究領域”。在國內，當時這方面研究尚未展開。1991年，時任中國力學學會理事長的王仁院士在蘭州參加全國現代數學與力學學術會議期間，得知周又和與鄭曉靜要開展這一領域的研究，就對他們的這一選擇給予了極力支持和鼓勵，使他們更堅定了信心。此后，周又和的科學研究也就是圍繞這一與高科技密切關聯的新興交叉學科有針對性展開的。
當時，電磁固體力學遇到的主要問題有：鐵磁梁式板結構在橫向磁場中的磁彈性失穩臨界磁場的實驗結果遠低于理論預測值，致使理論預測偏于不安全；鐵磁殼的力學實驗結果遠低于理論預測值，且不同理論模型預測的結果相差很大；針對仿托卡馬克聚變堆實驗中超導磁體的磁彈性失穩臨界電流的理論預測也與實驗有較大偏差；上述兩類磁彈性力學問題從彎曲發展到失穩的彎曲路徑沒有理論上的揭示；多場耦合非線性的定量分析方法很少，商業軟件不能實現其定量分析等等。周又和圍繞這些基礎問題開展研究，逐漸發展到包括壓電智能結構的動力控制，超導懸浮與斷裂力學、超導交變損耗與磁通跳躍失穩、超磁致伸縮智能材料與控制等的建模及多場耦合非線性力學特性分析，小波方法及其在強非線性問題中的應用等等，均取得了突出成果。而這些新的前沿科學研究的成功探討，要得益于周又和的“走出去戰略”。
走出國門，是周又和實現科研跨越的一個重要歷程。1993年9月至1994年7月，他作為訪問學者在美國肯塔基大學從事合作研究。1994年7月至1995年7月，作為外國研究員在日本東京大學核工程研究實驗室與國際電磁固體力學知名學者Kenzo Miya教授在電磁固體力學領域開展合作研究，取得有實質性進展的創新成果，促成日本應用電磁材料與力學學會于1995年和2007年兩度向蘭州大學捐資共400萬日元設立優秀研究生獎勵基金。1998年6―12月和2002年3～5月，他作為高級訪問學者兩度赴美國加州大學河濱分校與Q.Jiang教授開展合作研究。
從美國到日本，從壓電智能結構的力學研究到鐵磁、超導等電磁固體力學研究……周又和馬不停蹄，盡自己最大可能擴展著前沿知識，豐富著所涉及的先進領域。很多人會詫異地問他：“只見過從日本轉到美國學習深造的，為什么你要從美國這樣好的環境跳出去到日本呢？”周又和的回答表明了他自己的態度：“當時純粹從學術角度去考慮問題，從哪兒到哪兒無所謂，哪里能促進發展就到哪里，出國是為了增強能力、擴展視野?！?/p>
“認真鉆研、敢于挑戰”的科學精神和品格貫穿于周又和的整個求學生涯中。初到日本時，恰逢他的合作教授Miya出差歐洲，他沒有因此受到影響，而是整日埋首于Miya教授研究組的書房中，閱讀各種學術書刊。當時，一本國際學術會議論文集上發表的關于鐵磁板在面內磁場作用下振動頻率上升的實驗研究，引起了周又和的關注與興趣。在此之前，他對此也有過理論分析，所得結果為對應于固有頻率下降的失穩，而實驗結果卻是頻率上升。對于一位以理論研究見長的年輕學者來說，這是極好機會，因為實驗結果是不容否定的，問題只可能出在理論模型或定量分析方法上。兩周后，Miya教授從歐洲回到東京大學，周又和就向Miya教授提到了這一實驗。在得知相關研究沒有給出理論解釋后，他表示想做這一問題的研究。對此，Miya教授既沒有表示支持也不反對。因為Miya教授知道，這一研究難度相當大，他的研究組擁有最強的計算程序，曾開展過這一問題的定量計算，卻屢試都沒有進展。但周又和并不因此而退縮，反而更來勁，開始尋找突破口。不到三個月，他通過建立新的磁力表征模型就把這一問題解決了！當周又和將整理成的研究論文拿給Miya教授時，Miya教授十分驚訝：這位既不是學電力工程、也不是從事電力工程工作的中國年輕力學學者如此快速地解決了這一難題，所寫論文中涉及的電磁學部分是如此嚴密和準確！而這一快速突破和嚴密準確的背后，是周又和在大學期間良好的電磁學與數學知識積累，當然更離不開他持續的付出和努力?；貒?，周又和通過系統深入研究基本模型與定量方法，完全解決了這類鐵磁材料結構磁彈性力學研究中所存在的基本問題。烏克蘭力學學者Podilchuk等人在2005年發表的論文中對這類模型的研究進展進行評述時，將周又和的完整模型與這一領域的國際知名學者的其它模型并列給出，由此評述展示了周又和的模型是自Maxwell提出電磁應力張量以來該領域幾項代表性發展中最新的一個。意大利學者Nobili等人在2007年發表的論文中評述這一磁固體力學研究的線性化處理所存在的缺陷后，采用了周又和中的觀點指出“最后也是最重要的是線性假設導致刻畫磁性體內的分布力有眾多表征方式”。國際學者Soh等人在2007年的評述中指出，日本學者“Takagi等人完成了軟鐵磁板在沿長度方向的磁場中的振動，結果顯示為磁化影響使得頻率增加。”并通過引用周又和的，指出周又和發現了“經典磁彈性理論得到的由磁效應引起的頻率是下降的。”隨后又進一步指出，周又和建立的完整模型是“放棄了磁彈性應力張量，發展了一個類似于彈性應力的新的理論.由這一新的理論得到的結果可解釋這一實驗結果。
周又和研究組后來在超導力學方面的研究也是源自于在東京大學的工作。日本作為新能源裝置的磁約束熱核聚變反應堆開發研究的主導國家之一，對相關研究投入很大，東京大學在東海就建有一座小型的實驗聚變反應堆供研究使用。雖然此前周又和知道一些這方面的信息，但身臨其境更加深了認識，加之Miya教授繼美國康乃爾大學的Moon院士后，也做了仿托卡馬克裝置中超導磁體磁彈性失穩的實驗測量和理論研究。周又和在發現理論預測與實驗結果有偏差，且彎曲過程沒有給出理論揭示后，也同時開展了這一問題的理論建模和分析方法研究，追蹤出磁彈性彎曲路徑并得到失穩臨界電流，所得結果與實驗十分吻合。隨后他又將這一研究推廣到與日本名古屋在建螺旋型聚變反應堆相關聯的超導磁體的磁彈性力學分析中。相關的2篇論文均在國際期刊Fusion Engineering and Design發表。回國后，除了將這一研究推廣到動力特性分析外，周又和研究組還開啟了超導磁懸浮、超導塊材斷裂、超導變形與超導特性的相互作用、超導交變損耗與磁通跳躍失穩、超導CICC導體復合股線等的力學理論與實驗研究，取得了顯著成效。有關超導磁懸浮動力特性的理論研究論文在學術期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity發表后，2008年獲IEEE超導委員會這一國際學術組織授予的最佳貢獻論文獎，他指導的超導懸浮力特性實驗研究的博士論文于2010年獲全國優秀博士論文獎。
此外，在日本期間，周又和對新興學術前沿的敏銳能力也值得稱道。Miya教授除了電磁固體力學研究外，開展的另一研究領域為無損探傷檢測。當時，Miya教授的一名博士生正在采用剛剛形成的最新數學方法――小波理論來從事核電工程中金屬結構無損檢測方法的理論研究。由于小波理論對短時信號處理的有效性，這一新的數學方法得到了不同領域學者的廣泛關注，以圖改進和解決工程應用中的一些遺留問題，提高其有效性。但是，對小波理論的理解，需要有良好的數學知識，多數非數學專業學者剛入門時就往往被難住，加之當時數學界知道這一理論的人也不多。在此情形下，Miya教授雖已多次聽取博士生的匯報，卻一直沒能理解和接受。1994年11月，周又和在得知這一情形后，以他數學知識的優勢，結合傅里葉分析方法的相關特性，先從不同簡單小波的特點、計算格式及應用舉例出發，再到小波理論的一般框架及小波應用進行介紹，就容易理解了。在短短兩周內，他寫出了50頁的英文小冊子，Miya教授看后很快就理解了，隨后安排他在研究組講授。周又和回國后，將這一新的數學方法及應用給予了有效拓展。他與研究生一道將小波方法最先運用于梁板結構的力學分析以及壓電智能結構的動力控制特性研究中，提出的延拓技術解決了小波方法應用于初、邊值問題時的邊界跳躍問題?；谛〔ɡ碚摻⒌挠嬎懔啃∏揖雀叩睦绽箶抵捣囱莘椒案倪M的小波生成方法獲得了英國、波蘭、國防科大等國外國內動力學與控制學科學者的多次大篇幅采用，近期所提出的求解非線性問題的小波方法成功地解決了求解非線性問題的封閉性問題，為求解強非線性問題提供了通用方法。控制理論和控制工程知名學者柴天佑院士在發表的論文中指出，周又和他們“將小波理論中的函數逼近方法引入到壓電智能結構的動力控制問題之中，得到了該領域理論研究的一種新思路”。
在去日本之前，周又和先是在肯塔基大學土木工程系從事其合作教授交給的扇形板力學研究，在不到二個月的時間就得到了滿意的結果，其論文后來在Computer and Structures發表。一個偶然的機會，使他能師從壓電智能結構動力控制的國際知名學者H.S. Tzou教授。1993年的10月下旬，周又和參加了肯塔基大學華人留學生會舉辦的一次聚會，認識了Tzou教授的一名博士生，得知Tzou教授正在物色合作者以開展非線性壓電智能結構的力學特性的定量研究。結合到自己正要開展的電磁固體力學研究，他也想在這方面有所拓展。他也得知，Tzou教授已出版了幾部專著，3篇論文獲美國機械工程師協會授予的“Best Paper Award”獎勵，要求的門檻很高，一般不輕易接受，因為要他提供資助。在周又和簡要介紹了他在薄板非線性力學方面的研究工作后，該博士生答應轉達周又和的意圖。11月初，Tzou教授約周又和去面談，當即答應次年起開始在他的研究組工作。到1994年5月底，周又和接到東京大學Miya教授的邀請函，歡喜不已。當時，Miya教授是日本應用電磁材料與力學學會的會長，Int. J. Appl. Magnetic Material & Mechanics國際學術期刊主編，國際著名電磁固體力學學者。出國前，周又和就與Miya教授聯系過，想去他那里做研究，但一直沒有收到回復。到7月上旬辦好手續后，周又和于7月中旬中斷美國的工作去了日本。這期間他與Tzou教授合作完成的三篇論文日后在國際期刊上發表，首次給出的非線性壓電結構力學特征與控制特性的定量結果被后來的同行學者大量引用，其研究也為周又和回國后將小波理論運用到壓電智能結構動力控制的理論研究和開展壓電梯度功能材料的斷裂力學特性研究奠定了基礎。
在美國加州大學河濱分校機械工程系學術訪問期間，周又和與Q. Jiang教授就旋轉壓電體表面聲波的傳播力學特性開展合作研究。這是Jiang教授正在開展的一項研究工作，主要為尋找新的旋轉體轉速測量傳感器在力學原理上進行探討，即建立表面波傳播速度隨轉動角速度的變化特征關系。周又和進入后，針對這一力學問題從數學上證明了表面波的存在性，給出了波速存在范圍的判別公式，定量給出了波速隨轉動角速度變化的特征關系，相關合作研究論文在The Journal of Applied Mathematics and Physics （ZAMP）學術期刊上發表。
從本科生到一名高校教師與在職碩士生，從華中工學院到蘭州大學師從葉開沅教授攻讀博士學位，從蘭州大學留校任教再到赴美國肯塔基大學合作研究，從美國到日本，再到回國后又赴美國加州大學……周又和用近20年的時間畫了一個“圓”，而這一“圓”里有豐碩的果實。周又和的科研之路，是一條伴隨著面對一個又一個科學問題的挑戰并將它們加以解決的綿延起伏之路。這樣的循環在外人看來也許充滿艱辛和挑戰，但對他來說，正是這一次又一次的挑戰成就了不一樣的風景，使他的人生更為豐厚和挺拔，也使他的科學研究“開枝散葉”，“舊貌換新顏”。
立足國內――開疆拓土竟馳騁
………………
似曾相識非舊貌，錦色百花開滿園。
1995年7月底回國前夕，周又和在日本突然接到大哥的信，告知父親病重，于是返回國內就從上海直接趕往家鄉看望父親?？吹礁赣H的重病不可逆轉時，他傷心不已。陪伴兩周后，在父親堅持的下，他回到了蘭州大學。8月底，父親離世，這給周又和帶來了沉重的打擊。父親在世時，周又和因工作太忙又遠離家鄉，沒能盡到陪伴與照顧之責。對此，父親總是說這沒有什么，只要他們在外面好就可以了。在周又和的境況剛有好轉時，父親卻離他而去。周又和每每想起父親的諄諄教誨、養育之恩與大度情懷，就使他的內心不能平靜。2011年1月11日，他還為父親寫下了題為《育兒成才之艱難歲月》和《思念與感激》的兩首詩，用來表達他對父親的思念與感激之情。他用繁忙的工作來減輕悲傷之情并用工作成績來告慰父親的在天之靈，進而使他的內心能得到安慰和平靜。
周又和在處理完父親的后事后，就立刻進入到工作狀態，通過長期的持續不斷努力，他推動了電磁固體力學中的壓電智能結構與控制、鐵磁、超導懸浮與斷裂、常導磁懸浮、超磁致伸縮材料等先進材料結構的多場耦合力學研究的發展，解決了這些材料與結構多場耦合力學中存在的一些理論與實驗不符問題，建立了有效的理論模型與多場耦合定量分析方法及程序，揭示出了一些規律。到1999年，周又和研究組在電磁固體力學領域的研究取得了顯著的實質性進展，在總結這一階段性研究成果后，他們撰寫的《電磁固體結構力學》專著獲國家科學技術學術著作出版基金資助由科學出版社出版。王仁院士欣然為這部專著作序，指出“近十年來，他們經過堅毅的摸索，已經深刻掌握了這門學科的全面情況，做出了許多創造性的成果……這方面的專著在國際上也少有，本書無疑將對我國開展這方面工作起到重要的作用”。周又和的這些研究成果也得到電磁固體力學的兩位開創人、美國工程院院士、康乃爾大學理論與應用力學系的兩任系主任Y.H.Pao教授及其學生F.C.Moon教授的高度贊譽。世紀之初，兩位院士應邀到蘭州大學講學與學術交流。后來，Pao院士在給周又和的信中指出“蘭州大學力學系，近以電磁力學之研究聞名國內。經與師生座談，果然名不虛傳”。
截止目前，周又和已主持各類研究項目30余項。正是他的這些豐碩研究成果，使他于1999年入選為第二批教育部長江學者獎勵計劃特聘教授，2000年獲國家杰出青年科學基金，他領銜的科研團隊于2006年入選教育部新世紀長江學者創新研究團隊，2011年入選國家自然科學基金創新研究群體，2012年主持申報的“大型超導磁體結構力學分析”立項為國家磁約束聚變能發展規劃專項的“托卡馬克聚變堆關鍵技術研究”項目的一級課題，目前還主持超導力學研究的國家自然科學基金重點項目。已在Appl. Phys. Lett.、《中國科學》等國內外學術期刊和學術會議上表學術論文360余篇，其中SCI收錄論文180余篇。主持的“電磁結構非線性力學”研究項目于2005年獲教育部自然科學一等獎，參與的研究項目“中國北方沙漠化過程及防治”獲2007年度國家科技進步二等獎；2007年發表在國際學術期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity上的研究論文于2008年獲IEEE超導委員會授予的最佳貢獻論文獎即Van Duzer Prize，研究項目“電磁材料結構多場耦合非線性力學行為的理論研究”獲2008年度國家自然科學獎二等獎。
在不斷推動電磁固體力學深入研究的同時，周又和研究組還結合我國重大風沙環境問題，開拓了風沙環境力學的研究。直到上世紀末，周又和他們的研究難度雖然不斷加大，但主要還是在固體力學范圍內。1999年，在強沙塵暴刮到北京引起中央高層重視后，科技部就此研究專門立項973項目。在加強力學基礎研究的需求下，經過近十次會議論證，周又和最終爭取到將他研究組主持的“風沙環境力學及土壤風蝕的定量研究”課題列入這一項目。
從力學層面上講，風沙力學研究的主要難度在于沙粒散體與大氣流體的相互作用還沒有成熟的力學模型可資利用，從而使可控條件的風洞實驗測量與野外觀測之間無法關聯，加上沙粒粒徑與風速等的隨機性、風流動與沙粒運動耦合作用的非線性，使這一研究難度劇增。針對這些存在的問題，周又和研究組同時從理論建模和實驗兩方面來展開研究。此前，周又和的研究一直在理論方面，使用國外的實驗結果。隨著研究的深入，開展實驗研究進入了他的視野。蘭州大學雖有一些力學實驗設備，也只能供本科生教學用，少且老化，達不到科研的要求。同時，他還苦于實驗研究人員的缺乏，雖有想法卻一直沒能展開。
周又和涉入力學實驗研究是從參加一次風沙運動的風洞實驗開始的，沒想到也是一發不可收。2001年暑假，他帶領兩名研究生到離蘭州幾百公里的沙坡頭開展風沙力學的風洞實驗測量，中科院沙漠所也派了一名博士生協助實驗操作，實驗是在40℃的沙漠地帶進行的。在開始實驗前，需要對風洞進行無沙風速廓線測量的校準工作。哪知一連幾天，計算機上顯示的測量結果均不對，無論協助的博士生采用何種手段檢查與調試，都沒找出問題所在。就在學生們幾乎要放棄的情形下，周又和以他在調試計算程序中排查錯誤的經驗，提出檢查方法與步驟，按此進行后，再開機測量，結果就正常了。隨后，在了解實驗規程的基礎上，他對風沙力學測量的實驗流程作出安排，在兩周的實驗測量后，回到蘭州進行數據處理與分析。在這一過程中，周又和他們通過對輸沙率廓線的實驗數據經擬合再沿高度積分所得到的單寬輸沙率公式，不僅可以提高實驗結果的精度，而且還能給出這一物理量實驗值隨摩阻風速變化的關系式，這在以前是沒有做到過的。單寬輸沙率是土壤風蝕研究中的重要物理量，其隨摩阻風速的變化關系一直是學界關注的話題。在當時，這方面的關系式已多達50余種，或經驗的或半經驗的，對于同一情形，這些公式的預測結果之間相差很大，可達2～4倍，這就需要高精度實驗結果來檢驗它們的適用性。當周又和的研究生將數據處理結果提交到他手上，并報知可擬合出手頭的全部實驗結果但卻不能反映風沙運動中實際存在的臨界啟動特征時，周又和對此不滿足，親自改進擬合函數的選擇，使之能擬合出全部實驗結果及特征。就這樣反復嘗試，一周后就得到了結果。這一研究成果于2002年發表在國際物理期刊Physical Review E上，評閱意見指出“這是一項引人關注且完整的研究，作者們給出了一系列給人印象深刻的實驗，并積累了大量好的數據。受本領域經典工作的啟示，他們擬合得到了切實可行的公式”。這一發表在國際物理期刊上的實驗研究論文，既為他們日后的實驗室建設及實驗研究的展開，也為日后在國際物理期刊上發表近百篇研究論文開了好頭，積累了經驗。在此過程中，實驗研究隊伍也得以成長。
蘭州大學的風沙環境力學理論研究也取得了長足的進展，這里我們介紹周又和在其中的一個方面――碰撞接觸力學。風沙流中的沙粒在重力作用下落到沙床面經碰撞后的起跳初速度分布函數一直是風沙物理（即力學）研究中的基礎物理量。周又和他們在立項973項目的課題時，就敏銳感知到這一力學問題的重要性。由于沙粒-沙床面碰撞過程具有隨機性，此前他沒有涉足過隨機性問題的研究，一時難于下手。于是，他一方面找來隨機過程與數理統計教科書學習，另一方面與在美國從事非線性隨機動力學與控制研究的Sun教授聯系，于2002年通過國家自然科學基金海外青年學者合作基金的立項來開展合作。2003年暑假，Sun教授應邀來蘭州大學講授《隨機振動基礎》40小時，周又和除了將這一英文講稿復制給所有聽課人員外，還堅持全程聽課。此后不久，周又和就弄清了研究顆粒隨機碰撞的方法與途徑，與研究生一道成功地建立了這一問題的唯象模型，給出的理論預測結果能很好地對實驗給出有效預測。除了采用唯象模型的方式來研究沙粒碰撞起跳初速分布函數外，2003年周又和還安排他的一名博士生采用離散動力學方法在大量隨機碰撞的數值實驗基礎上通過統計方法來給出。除了對所研究問題給出了一新的統計公式外，獲得的一些起跳特征整理成論文投送到地學權威期刊Journal of Geophysical Research，評閱人在同意接受發表的同時，提出了所采用的最基本兩顆粒碰接觸力模型中的等效參數如何得到的問題。此前，博士生曾告知這是程序中的，文獻中也是如此。雖然論文得以接受發表，但周又和對此要弄個明白，于是就自己推公式。真是不推不知道，一推放不了。他調閱文獻發現，目前宏觀離散動力學方法（也稱離散單元法）具有廣泛的應用，包括巖土、泥沙、風沙、水沙、建筑橋梁結構接頭處受強地震的連續碰撞毀損、粒料輸運等領域都在應用這一方法開展研究，其中所采用的碰撞接觸力模型為線性剛度線性阻尼模型，輸入的碰撞恢復系數為常數，后者在所有的物理與力學教科書中也是如此表述的。然而，周又和從《彈性力學》教材中很早就知道，兩圓球（或顆粒）靜態接觸力在線彈性范圍內于100年前就由德國學者赫芝給出了解析解，其接觸力隨接觸位移的變化呈3/2次冪的非線性關系，即剛度是非線性的，從而引起了周又和的興趣。與此同時，他還得知，從上世紀40年代后期開始，就有實驗結果顯示出恢復系數隨碰撞速度的增大而減小，即不是常數。直到2005年，美國、德國和波蘭等國學者還在開展顆粒碰撞恢復系數隨碰撞速度變化的基礎實驗測量和接觸力表征模型的理論研究，只是各碰撞模型的預測結果與實驗相差太大。到2006年，周又和針對碰撞的力學基本過程，在考慮彈塑性變形后，成功地建立了一碰撞接觸力模型，使現有恢復系數隨碰撞速度變化的實驗結果得到了很好的預測。這一研究結果被德國佛萊貝格工業大學巖土工程研究所所長、歐洲離散動力學方法及程序應用推廣中心負責人Konietzky教授知曉后，主動與周又和聯系開展合作，2007年專此來蘭州大學講學。Konietzky教授是采用離散動力學方法從事巖土力學研究的國際著名學者，2010年他申請到德國科教部的國際合作項目，用于與周又和開展學術合作與學術交流。2011年11月，周又和率團赴德國報告了這一工作，后經Konietzky教授推薦，周又和于2012年10月在該校召開的國際學術會議上作大會報告。
最近，周又和研究組將離散單元法的研究拓展到復合超導CICC導體的橫向壓力-位移特征的理論研究中，成功地對實驗結果給予了理論揭示。CICC導體是ITER核聚變新型能源裝置中產生超強磁場的大型磁體的基本結構，目前，ITER建堆與運行預算投入100億歐元，我國是這一大型新能源實驗裝置國際合作研究的七方國家之一，承擔10%的費用。因為ITER裝置內要求達到11特斯拉的超強磁場，超導磁體在強磁場作用下的力學變形與超導性能退化就成為這一裝置的設計功能能否實現及其后功能提升的主要課題。經對超導CICC導體樣品在類ITER磁場環境條件下的實驗測量表明，目前設計制備出的樣品只能運行6000次左右，遠低于預期要求的2～3萬次。其次，目前針對提高運行次數的力學設計理論所得結果也與實驗結果相反，即理論預測為增大絞纜節距可升高運行次數，但實驗卻是降低。為此，相關工程界與理論界正在尋找新的有效力學方法，以期希望能解決這一問題。在2012年5月他們將這一研究論文投到國際期刊Superconductor Science and Technology后，論文送到國際ITER超導磁體設計總負責人Around教授評審。Around教授看到針對這類問題研究的這一新方法后，主動與我國科技部ITER中心聯系，希望進行直接交流。經科技部ITER中心的協調與安排，在Around教授的技術代表Denis博士來甘肅白銀檢查超導絞纜制備工藝期間，7月2日，周又和帶領七位教師與研究生前往白銀長通電纜廠，與Denis博士、中科院等離子研究所的研究人員、長通電纜廠的技術人員、科技部ITER中心的管理人員一道就這一研究的深入展開進行了交流與研討。2012年10月，這一論文正式發表。
目前，蘭州大學在電磁固體力學與風沙環境力學兩個研究領域都建立起了能開展實驗研究的實驗室，還建有風沙野外觀測臺站，累積設備費2000多萬元。相關理論與實驗的基礎研究已納入到周又和主持的“復雜環境與介質相互作用的非線性力學”國家創新研究群體，并獲得國家自然科學基金重點項目等的資助。在科技部相關重大研究計劃的支持下，他們正緊密圍繞國家重大需求來展開這兩大工程領域的關鍵力學研究。周又和研究組仍在不斷努力，以期通過他們的研究來提升我國在這兩大工程領域的科學技術水平。
夯實基礎――教書育人譜樂章
甘坐板凳十年冷，追求一流代代新。
何懼征程險難阻，收獲自有后來人。
2011年4月24日，周又和賦詩一首，表達自己在辦學上的所思、所為、所獲的心路歷程。從1989年底博士畢業后留校任教至今，周又和在蘭州這片熱土上，見證了蘭州大學力學學科發展歷程；同時也作為重要推動者之一，親歷了這一學科的重塑、發展、強壯。
蘭州大學力學學科創建于1959年，在葉開沅教授帶領下，1981年固體力學碩士與博士學科培養點獲國務院學位委員會批準設立，1986年獨立建系。葉開沅教授相繼培養出劉人懷院士、鄭曉靜院士、孫博華院士等杰出人才。
“江山代有人才出”，“長江后浪推前浪”。到上世紀90年代中期，一批教師相繼調離或退休，蘭州大學力學學科的發展也一度成為關注的話題。1995年7月，周又和從國外返回蘭州大學，開始了推動力學教學與科研工作的發展，并逐漸發展成為這一學科的領軍人才，建立起了一支隊伍。
“高水平的科學研究需要高素質的人才，而高素質的科研人才則有賴于高水平的本科教育與研究生培養，這就需要將本科教學、研究生培養、科學研究、隊伍建設作為統一的整體來綜合考慮與實施”。周又和不僅這樣講，而且著力用心去實踐。在總結現代高等教育成功經驗的基礎上，面對西部的現實環境，將本科教學、研究生培養和隊伍建設作為統一體系來實施，從而在教書與育人兩方面都取得顯著成效。
30年的教師生涯，周又和邊走邊看，邊學邊思，總結出了一套屬于自己的“教學經”。他把最美好、最寶貴的時光奉獻給了大西北，奉獻給了高等教育和科學研究事業。他用自己豐富的智慧、淵博的學識、堅定的信念和無私的奉獻，引導學生樹立報效社會的責任、敢于擔當的志向和堅實深厚的能力。他對待教書和育人始終一絲不茍，將科研精神與科研成果有機地融入到教學實踐中，培養學生的創新能力和科學精神，不斷激發他們的學習激情。
早在1982年周又和任教于華中工學院期間，他除了教師職業的自豪感外，更多的是深感責任重大，至少不能誤人子弟。為此，他在任《理論力學》課程輔導老師的三年中，除了完成好輔導老師的任務、從老教師那里學好教學方式方法外，還主動做完了原蘇聯《理論力學習題集》中的4000多道題，從而對這一課程的掌握有了全面的提升。周又和備課認真、推導嚴謹、思路開闊、深入淺出，加上熱情輔導和作業全批，教學效果深得學生好評。1986年，教研室從北京弄到一份《理論力學》教學評估的統考試卷，用于同期四個大班的期末考試。考試下來，按大班與小班成績排名的第一都在周又和主講的班上，在四位主講教師中他是最年輕的。這一“果實”的得來，與他對這一課程的用心鉆研分不開。此前，他認真參考不同教材，從各章節內容的銜接、體系布局、例題與作業題精選，到斟酌有關內容表述的科學性和可接受難易程度，都細致過濾了一遍，獲得認可后形成自己的講稿與講授方式。就是在此期間，他發現教材中多個地方的表述不精確，就寫下注記一直保存著，直到2006年他在蘭州大學再講這門課程時又進行修改，并于2009年發表在《力學與實踐》上。也是在華中工學院期間，他看到《力學與實踐》上就動矩心的動量矩定理的公式如何正確表征開展持續討論，但沒有達成統一認識與表征公式。他就從嚴格的矢量表征方式出發導出了統一的表征公式。這一教學論文投到《力學與實踐》后，于1990年發表，從此這一問題就沒有再討論了。這些，也為周又和主講的《理論力學》在2007年入選國家精品課程和他本人于2008年獲高等學?！皣医虒W名師獎”奠定了基礎。
截至目前，周又和已為本科生主講8門課程，累計3000余學時；為研究生主講7門課程，累計2400余學時。在主管力學系后，周又和在堅持為本科生講課的同時，還按力學學科的認知規律，主導了本科生培養方案與各課程教學大綱的修訂，加強了實踐教學、實驗教學和科研訓練各環節，增設《力學與工程概論》課程并制作該課程的PPT為學生講授，提出由碩士學位以上的新留教師擔任班主任，設立本科生科研基金，親自聽課并獎勵優秀授課教師，要求教授與副教授既要做科研也要為本科生講課，等等。正是這些得力的措施和實踐，使得培養的本科生成為優質研究生的主要來源。在研究生培養中，他將科學研究與研究生的科研能力、科學精神培養緊密結合在一起，從研究生培養方案制訂到培養過程各環節，他都親歷親為，給出有見地的建議性意見，鼓勵學生要敢于創新和善于創新。正是這樣，周又和的研究范圍越擴越大、越做越深，研究隊伍也日益壯實。
“春播桃李三千圃，秋收碩果香滿園?！敝苡趾投嗄暝诮逃系呐透冻鰮Q來了碩果滿園。2000年獲寶鋼教育基金會“全國高校優秀教師特等獎”，2006年被中國科協授予“西部開發突出貢獻獎”，被中國教科文衛體工會授予“全國師德標兵”稱號。主講的《理論力學》于2007年入選為國家精品課程，2008年獲國家級“高等學校教學名師獎”，主持的“理論與應用力學創新人才培養團隊”于2008年入選國家質量工程的教學團隊， 2009年獲教育部授予的“全國優秀教師”稱號，主持的本科教學研究項目“高水平力學人才培養與教師隊伍建設的互動模式及實踐”于2009年獲國家教學成果二等獎，他指導的20篇博士學位論文中，有兩篇分別于2010年和2012年獲全國優秀博士論文獎與提名獎，直接培養和協助培養的博士中7人入選為教育部新世紀優秀人才支持計劃、8人成長為教授，成為蘭州大學力學的骨干力量……
回首30余年的教書育人工作，面對一張張年輕探索者的面孔，周又和一直告誡學生，要想發展、做出成績，就要敢于超越前輩老師，至少要敢于超越眼前“高不可攀”的老師，無論何時、無論何地，都要有這股勁。看到學生們一個個成長成才，他歡喜著，更期待著。
扎好圍欄――領航管理出奇效
聽天門長嘯松濤依舊
凌絕頂遠眺風物日新
2011年6月23日，周又和就他領銜申報的國家創新研究群體現場答辯完后，他等待著。次日上午得知成功后，就利用空出的一點時間去登泰山，抄下了山頂南天門的這幅楹聯。想起自己的點點滴滴，他感慨良多，哪樣的進步不是蘊含在這絕妙的楹聯中！人生中的種種“風物”，又何嘗不是陣陣“濤聲”的回響！眼前“濤聲”的喜悅，更讓他深感尋找“絕頂”去發現新“風物”的重任。
“要將一個學術單位搞好，尤其作為高校，形成良好的學術氛圍對于快速發展是極其重要的。這就需要我們的管理人員懂得教學、科研與人才培養規律，具備公心和敬業精神，在吸取現代高等教育成功經驗基礎上，面對遇到的現實問題提出切實可行的辦學思路和采取行之有效的措施，才有可能帶好隊、辦好學?！敝苡趾腿缡钦f。周又和進入管理并不是他刻意追求的。在2000年他獲得國家杰出青年科學基金并擔任長江學者特聘教授后，學校為結合應用研究發展的需要，推動工科發展，決定辦土木工程專業。2003年學校準備成立工學院，請他出任院長，被他婉拒。這樣，從2002年開始招生的土木工程專業就只好掛靠在力學系。此前的1999年6月，他接受了沒有行政級別的管理工作――力學系主任。他從本科教學各環節、研究生培養模式的改進、科研氛圍的形成、教師隊伍建設的思路、實驗室建設等方面，都提出了新的有效辦法，并逐漸得以推進實施，不僅使力學學科得到了快速發展，而且也使后來學院的其它學科得到了有效提升。
周又和出任力學系主任后，改變了力學學科長期沒有擴展的局面。1999年底，他主導申報的固體力學成為甘肅省重點學科，2003年新增工程力學碩士學科點，2004年新增力學一級學科博士后科研流動站，2005年新增工程力學博士學科點，同年力學一級學科碩士點獲批設立。
2005年6月，面臨新辦土木工程專業急需步入正常的迫切要求，蘭州大學最終做出決定：將力學學科與地質工程學科、土木工程學科一道成立土木工程與力學學院，讓周又和出任院長。他從學校大局出發，接受了這一任命。對周又和來說，這絕對是個挑戰。新組建的學院面臨重重困難，尤其是新建土木工程專業缺少足夠的師資和設備。當時，學院教師只有31人，實驗設備老化，連本科實驗教學都不能維持。周又和面對的首要問題是如何撐起學院并使之發展壯實。他說，“在其位，就要謀其政，而且要謀好政、善于謀政”。周又和接任院長這一重任后，就一直思考著學院的發展方式與實現途徑，在不同階段提出相應的發展措施。通過深思熟慮，決定采取逐步發展的長遠策略，并將隊伍建設始終放在首位。他通過主持的211工程和985工程的建設項目，將學院的其它學科納入到力學的建設平臺，使它們也能得到發展。2005年下半年，學校投入400多萬元建設教學實驗室以備國家的教學檢查，他綜合考慮三個學科的本科生實驗教學需要，領銜組建了工程實驗中心。在他的建議下，有些設備選擇了較高性能，可開展一些科研與社會服務的實驗測量。建成后，他親自帶領全院教師參觀實驗室，讓實驗人員講解各儀器設備的功能，以便老師們使用。就這樣一步步，在保持力學學科發展的同時，也使原本基礎薄弱的土木工程學科和地質工程學科通過夯實基礎，呈現出階梯式良性發展的格局。
周又和主持學院工作以來，學院的學科建設、科研平臺、教師隊伍、科學研究、人才培養各方面都取得了驕人的成績。在本科生人才培養方面，2005年底申報的“理論與應用力學”本科專業成為甘肅省人才培養與科研基地，2009年工程實驗中心成為甘肅省本科實驗教學示范中心，2010年“理論與應用力學”本科專業入選國家特色專業建設點，此外，還建成國家精品課程1門、省級精品課程4門，獲國家教學成果二等獎1項。在學科建設方面，2005年底力學一級學科成為甘肅省重點學科，新增防災減災工程及防護工程碩士點，2007年固體力學成為國家重點學科，2008年新增結構工程碩士點，2009年新增地質工程學科博士后科研流動站，2010年力學一級學科博士點、土木工程一級學科碩士點獲批設立，2012年新增地質工程一級學科甘肅省重點學科。在科研平臺建設方面， 2005年凝聚學院力量申報的“西部災害與環境力學”教育部重點實驗室被批準建設，周又和任主任；2007年協同甘肅省地震局一起申報的“蘭州地球物理”國家野外科學觀測站被批準建設，周又和兼任副站長；2007―2008年由周又和領銜協調校內其它學院一起申報的“特殊功能材料與結構設計”教育部重點實驗室（B類）被批準建設，周又和任學術委員會主任；2009年學院協同敦煌研究院等單位一起申報的“國家古壁畫保護工程研究推廣中心”被批準建設，周又和兼任副主任。在教師隊伍方面，目前學院有教師54人，含教授15人和副教授16人，其中2位院士、10位教授、13位副教授是在建院后成長起來的，并建成一個國家質量工程的教學團隊（2008）、一個教育部長江學者獎勵計劃科研團隊（2007）和一個國家創新研究群體（2011），國家教學名師1人（2008）。在科學研究方面，建院來3項科研成果獲國家自然科學或科技進步獎二等獎、2項獲省科技進步獎一等獎，承擔國家與地方的科研任務都顯著增強增多，2012年的科研經費較建院初的2005年增長了2倍多。在研究生人才培養方面，培養的兩名博士分別于2010年和2012年獲全國優秀博士論文獎與提名獎。這一系列辦學指標，已使土木工程與力學學院名列蘭州大學的前列。
如果說教學與科研為“雙肩”，那么管理與教研又為“雙棲”。事實上，無論是教學、科研還是管理，無非是能力的使用與貫通。對周又和來說，自己就是一?！胺N子”，放到哪里，就要在哪里好好“生根”、“開花”、“結果”，而“收獲自有后來人”。
