Научная школа прикладной математики и механики в СПГУВК

Выпуск 2

ИСТОРИЯ НАУКИ

УДК 531.3: 534.3: 539.3

М. В. Сухотерин,

д-р техн. наук, профессор,

СПГУВК

НАУЧНАЯ ШКОЛА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И МЕХАНИКИ В СПГУВК

ACADEMIC SCHOOL OF APPLIED MATHEMATICS AND MECHANICS

IN THE SPSUWC

В статье кратко изложена история становления и развития школы прикладной математики и механики с момента создания Института корпуса инженеров водяных и сухопутных сообщений в 1809 г., из которого затем выделился ЛИИВТ-ЛИВТ-СПГУВК, до настоящего времени.

The paper gives a brief history of development of the School of applied mathematics and mechanics from the formation of the Institute of corps of engineers of water and land communications in the year of1809 (from which LIIWT-LIWT-SPSUWC picked out) to the present.

Ключевые слова: прикладная математика и механика, школа, становление и развитие, ПИИПС, СПГУВК, ученые, научный вклад.

Key words: applied mathematics and mechanics, school, formation and development, PIIC, SPSUWC, academics, scientific result.

аппарата высокого уровня.

После создания в Петербурге в 1809 г. предтечи СПГУВК — Института корпуса инженеров водяных и сухопутных сообщений (с 1810 г. — Институт корпуса инженеров путей сообщения) наряду с подготовкой инженерных кадров началась активная работа по решению актуальных научно-технических задач в области транспорта.

Важное место в программе обучения занимали математика, а также классическая и прикладная механика. Именно тогда, с первых дней основания института, в нем стали складываться научные направления и школы в области математики и механики.

Лекции по чистой и прикладной математике в институте начали читать академик В. И. Вис-коватов (1779-1812) и профессор И. С. Резимон (1768-1844). В 1810 г. приступил к преподаванию приглашенный из Парижа профессор математики А. Я. Фабр (1782-1844), а в 1812 г. — профессор Д. С. Чижов (1785-1853).

Лекции по математике и механике с 1811 г. читал профессор А. И. Маюров (1780-1848), окончивший в Париже Политехническую школу и Школу мостов и дорог. Летом 1813 г. для чтения курса лекций по механике был приглашен академик С. Е. Гурьев (1766-1813), автор разработок по теории равновесия сводов, затем его сменил Д. С. Чижов.

Французский инженер-механик и математик, профессор П. П. Базен (1786-1838) был вторым ректором Института корпуса инженеров путей сообщения после А. А. Бетанкура. Он работал в институте с 1810 по 1836 г., был избран почетным членом Петербургской академии наук. В 1825 г. предложил проект защиты Петербурга от наводнений, который предусматривал строительство дамбы длиной около 20 км по линии Лисий Нос-остров Котлин-Ораниенбаум. Его идея была воплощена лишь в конце ХХ в. По проекту П. П. Базена в 1823 г. в Петербурге был построен первый висячий мост в Екатерининском парке. Он руководил также строительством Обводного канала,

РИКЛАДНАЯ математика и механика как научное направление решает сложные задачи механики систем, жидкости и газа, деформируемого твердого тела, математической физики и вычислительной математики, что предполагает использование математического

ряда других зданий и сооружений. В 1826 г. им был основал «Журнал путей сообщения», в котором стали публиковаться труды преподавателей и сотрудников института. В 1820 г. П. П. Базен пригласил из Парижа двух талантливых выпускников Политехнической школы Б. Клапейрона и Г. Ламе, впоследствии ставших учеными с мировым именем.

Б. Клапейрон (1799-1864) преподавал аналитическую и прикладную механику, а также химию и строительное искусство до 1831 г. Он вместе с Г. Ламе является автором трактата, в котором изложены общие уравнения теории упругости, дана геометрическая интерпретация напряженного состояния в виде эллипсоида напряжений; решен ряд задач теории упругости, в частности задача определения напряжений в полом толстостенном цилиндре, нагруженном внутренним и наружным давлением.

Г. Ламе (1795-1870) преподавал (до 1831 г.) аналитическую механику, физику и высшую математику. По его инициативе в 1824 г. была построена первая в России машина для испытания материалов на растяжение. В том же году Г. Ламе был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук.

Дисциплина «Прикладная и практическая механика» была введена в программу преподавания в 1823 г. Этот курс был выделен из курса аналитической механики как самостоятельный.

В этом же году в курсе построений был введен новый раздел «Строительная механика».

С 1831 г. во главе курсов механики, математики и физики встал академик Петербургской академии наук М. В. Остроградский (1801-1861) — выдающийся русский математик и механик. Его математические труды относятся к математическому анализу, алгебре, теории чисел и т. д. В частности, его имя носит теорема о преобразовании поверхностного интеграла в объемный. В области механики он решил задачу о распространении волн по поверхности жидкости в цилиндрическом бассейне; опубликовал работы по теории распространения тепла в твердых телах и жидкостях; в теоретической механике его имя носит вариационный принцип Гамильтона-Остроградского. Им построена общая теория удара, исследовалось движение сферических снарядов и т. д.

В 1833 г. профессором по курсу прикладной механики был назначен П. П. Мельников (18041880), автор первого русского теоретического труда по железнодорожному делу, почетный член Петербургской АН (1858), участник проектирования и строительства железной дороги Петербург -Москва.

Первый в России учебник по сопротивлению материалов был издан Н. Ф. Ястржембским в 1838 г., а раздел «Сопротивление материалов» впервые ввел М. С. Волков (1805-1875) — профессор курса построений.

Профессор Н. Ф. Ястржембский (1808-1874) — выпускник института — с 1844 по 1848 г. работал профессором механики; им написаны научные работы по расчету на прочность мостов, теории движения машин.

Одним из создателей отечественной школы строительной механики является П. И. Собко (1819-1879). В 1848 г. он был избран первым профессором по строительной механике и с 1850 г. читал строительную механику как самостоятельный предмет. Одной из крупнейших заслуг П. И. Собко перед отечественной наукой и техникой является создание (1854) в институте Механической лаборатории.

Академик Петербургской АН О. И. Сомов (1815-1876), математик и механик, преподавал в институте с 1848 по 1869 г. Занимался вопросами вращения твердого тела вокруг неподвижной точки, теорией колебаний. Он же с 1864 г. возглавлял кафедру аналитической механики.

Выдающийся математик академик В. Я. Буняковский (1804-1889) некоторое время (после 1859 г.) был профессором математики в Институте корпуса инженеров путей сообщения. Научные труды академика касаются теории чисел, теории вероятностей и т. д. Его имя носит неравенство Коши-Буняковского, которое связывает норму и скалярное произведение векторов в евклидовом пространстве.

В 1864 г. данное учебное заведение стало именоваться Петербургским институтом инженеров путей сообщения (ПИИПС). Тогда же в нем была выделена кафедра строительной механи-

Выпуск 2

Выпуск 2

ки. В 1850-1870 гг. в институте преподавал профессор Р. Б. Бернгард (1819-1887), специалист по строительной механике и теории сводов, главный архитектор Петербурга.

В период с 1865 по 1905 г. в области строительной механики существенные научные и практические результаты получены профессорами Н. А. Белялюбским (1845-1922), Л. Ф. Николаи (1844-1908), Ф. С. Ясинским (1856-1899), Л. Д. Проскуряковым (1858-1926).

Выпускник института Н. А. Белялюбский — профессор по курсу строительной механики (с 1873 г.) более 50 лет фактически руководил мостостроением России. По его проектам и под его руководством было построено более ста мостов. Курс строительной механики он читал также в Горном институте и на Женевских политехнических курсах. В 1912 г. Н. А. Белялюбский был избран президентом Международного общества испытания материалов.

Л. Ф. Николаи был профессором кафедры мостов, а также директором института в 19011905 гг. Его научные работы посвящены вопросам прочности мостовых конструкций, в частности при действии сосредоточенных и подвижных нагрузок.

Ф. С. Ясинский занимался проблемой устойчивости сжатых стержней. В частности, он решил задачу устойчивости стержня с шарнирно опертыми концами в упругой среде, которая получила название задачи Ясинского. Он занимался также определением критических напряжений в стержнях за пределом пропорциональности. Ему же принадлежат исследования по расчету железнодорожного пути, статьи о динамическом воздействии нагрузок на железнодорожные мосты. В 1895 г. Ф. С. Ясинский предложил и начал читать факультативный курс теории упругости.

Классик отечественного мостостроения и строительной механики профессор Л. Д. Проскуряков окончил ПИИПС и преподавал в нем с 1887 по 1896 г. Он является автором уникального железнодорожного моста через Енисей (1896), второго в мире по величине пролета со сквозными балочными фермами. Этот мост, непревзойденный по легкости, получил всеобщее признание на Всемирной Парижской выставке в 1900 г. и был удостоен золотой медали.

Видный русский математик и механик Е. И. Золотарев (1847-1878) — автор многих математических работ — заведовал кафедрой аналитической механики с 1876 по 1878 г.

Профессор Д. К. Бобылев (1842-1917) был специалистом в области электро- и гидродинамики, а также теории упругости; его учениками были известные механики А. М. Ляпунов и И. В. Мещерский. Преподавал в институте физику с 1871 г. В 1878-1910 гг. заведовал кафедрой теоретической (аналитической) механики.

Результаты работы ученых института до 1883 г. публиковались в «Журнале Министерства путей сообщения» и других изданиях («Инженерные записки», «Инженер»). В 1883 г. по инициативе директора института профессора М. Н. Герсеванова институт приступил к изданию сборников института. С 1884 по 1899 г. вышли из печати 52 сборника, в которых было опубликовано 198 научных работ и свыше 30 учебников.

В 1890 г. в курсе теоретической и прикладной механики читались такие важные разделы, как статика, введение в теоретическую механику, кинематика и кинетика, гидростатика, гидродинамика и гидравлика, строительная механика и др. В начале XX в. в число факультативных дисциплин вошла и теория упругости.

В 1911-1913 гг. в ПИИПС преподавал в качестве экстраординарного профессора академик А. Н. Крылов (1863-1945) — выдающийся математик и механик, инженер-кораблестроитель и изобретатель, вклад которого в науку и технику неоценим. Он является автором многих основополагающих трудов по теории корабля. Участник проектирования и постройки первых русских линкоров, основоположник военного и гражданского судостроения в СССР. Имеет также труды по теории магнитных и гироскопических компасов, артиллерии, механике и математике. А. Н. Крылов создал ряд корабельных и артиллерийских приборов. Заведовал кафедрой теоретической механики с 1910 по 1912 г.

Будущий механик и инженер с мировым именем С. П. Тимошенко (1878-1972) окончил ПИИПС. В 1913 г. он по рекомендации А. Н. Крылова вернулся в институт уже в качестве профессора кафедры теоретической механики, которой затем заведовал до 1914 г. Перед Первой мировой вой-

ной С. П. Тимошенко был назначен членом Мостовой комиссии Инженерного совета Министерства путей сообщения. Он выполнил и опубликовал ряд работ по динамике и прочности рельсов.

В 1913 г. вышел его первый том курса теории упругости, а в 1915 г. — второй. С. П. Тимошенко работал в институте до декабря 1917 г. Впоследствии он работал в США, где возглавлял кафедру прикладной механики в Инженерной школе Мичиганского университета, а затем Стенфордского университета. С. П. Тимошенко состоял членом Академий наук ряда стран: УССР (1918), СССР (член-корреспондент с 1928 г., позднее иностранный член), Польской академии наук (член-корреспондент с 1935 г.), Парижской академии наук (член-корреспондент с 1939 г.), Американской академии наук (член-корреспондент с 1941 г.), Итальянской академии наук (почетный член с 1948 г.). Его перу принадлежит множество работ по теории упругости, теории пластин и оболочек, теории колебаний и т. д.

Е. Л. Николаи (1880-1950) — сын Л. Ф. Николаи — с 1914 по 1930 г. читал лекции по теоретической механике в ПИИПСе. В 1918 г. он возглавил кафедру теоретической механики (по 1930 г.). Научные статьи Е. Л. Николаи посвящены вопросам устойчивости стержней и теории колебаний.

В 1924 г. он принял участие в I международном конгрессе по теоретической и прикладной механике в Делфте (Нидерланды). В 1930 г. Е. Л. Николаи принял участие в работе III конгресса в Стокгольме, где сделал доклад об устойчивости валов. В 1927 г. по его инициативе было учреждено Ленинградское механическое общество, председателем которого он стал. В 1929 г. это общество начало издавать журнал «Вестник механики и прикладной математики», который в 1933 г. был преобразован в журнал «Прикладная математика и механика». Е. Л. Николаи был ответственным редактором этих журналов, а после передачи издания в ведение Института механики Академии наук СССР стал членом его редколлегии.

Известный инженер и специалист по теории прочности профессор Н. М. Беляев (1890-1944) закончил ПИИПС в 1916 г., а в 1919 г. стал в нем преподавать. В 1924 г. Н. М. Беляев был назначен заведующим кафедрой сопротивления материалов и Механической лабораторией института. Одновременно он начал читать также и курс испытания мостов, а в 1927-1930 и 1939-1941 гг. — курс теории упругости. В 1939 г. Н. М. Беляев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР. Ему принадлежат исследования напряженного состояния соприкасающихся тел, решение задачи устойчивости сжатого стержня переменными по времени силами, решение задачи об упругопластическом состоянии полых толстостенных цилиндров, нагруженных внутренним и внешним давлениями и продольными силами, ряд работ по исследованию механических свойств бетонов, а также прочности различных инженерных сооружений. Н. М. Беляев написал также учебник «Сопротивление материалов» и «Сборник задач по сопротивлению материалов», по которым учились многие поколения инженеров всех технических вузов страны.

После реорганизации Лениградского института инженеров путей сообщения (ЛИИПС) и создания в 1930 г. на базе водного факультета Ленинградского института инженеров водного транспорта (ЛИИВТ, позже ЛИВТ), наряду с другими кафедрами и лабораториями были образованы кафедры теоретической механики, сопротивления материалов, статики конструкций, высшей математики.

Профессор Н. М. Беляев создавал в ЛИИВТе кафедру сопротивления материалов, которую затем (в 1931-1932 гг.) возглавил профессор В. П. Формаковский, автор работ по расчету клепаных балок. Профессор В. П. Петров (1884-1955) занимался расчетами на прочность резервуаров и котлов больших диаметров; заведовал кафедрой с 1934 по 1947 г. При нем была создана Механическая лаборатория кафедры. Профессор, д-р техн. наук Н. И. Григорьев занимался вероятностными расчетами кранов и оценкой усталостной прочности металлоконструкций; заведовал кафедрой в 1969-1970 гг.

Профессор, д-р техн. наук М. Я. Дьяков (1898-1980), автор работ по методам расчета статически неопределимых конструкций, в 1972-1975 гг. заведовал кафедрой сопротивления материалов и строительной механики. Профессор, д-р техн. наук Л. Я. Григорьев (1927-2002), автор ряда работ по расчету на прочность элементов судовых энергетических установок, заведовал этой кафедрой

Выпуск 2

Выпуск 2

в период с 1975 по 1992 г. Профессор, д-р техн. наук В. Б. Чистов, специалист в области конструктивных и технологических методов обеспечения прочности корпуса судна, с 1993 г. возглавляет кафедру, которая с 2008 г. носит название кафедра сопротивления материалов и механики.

Профессор Е. К. Митропольский (1888-1948) заведовал кафедрой теоретической механики в период ее становления (1930-1941), а также в 1945-1947 гг. Профессор, д-р техн. наук А. М. Го -дыцкий-Цвирко (1884-1951) занимался изучением взаимодействия железнодорожного пути и подвижного состава, а также являлся участником проекта однорельсового пути и гироскопического поезда. Заведовал кафедрой теоретической механики в 1944-1945 гг.

Профессор, д-р техн. наук А. А. Яблонский (1903-1995) — автор учебника по теоретической механике и научных работ по теории колебаний — заведовал этой кафедрой в 1947-1960 гг. Профессор, д-р физ.-мат. наук Д. Р. Меркин (р. в 1912 г.) издал в 1970 г. (в соавт. с Н. В. Бутениным и Я. Л. Лунцем) «Курс теоретической механики», который затем много раз переиздавался. Д. Р. Меркин написал также широко известные монографии «Гироскопические системы», «Введение в теорию устойчивости движения». Возглавлял кафедру теоретической механики с 1960 по 1979 г.

Профессор, д-р техн. наук М. Ф. Клочанов (1883-1954), специалист в области расчетов статически неопределимых конструкций (мосты, гидротехнические сооружения), в 1923-1951 гг. заведовал кафедрой теории сооружений и инженерных конструкций, а также кафедрой статики металлических и деревянных конструкций.

Профессор Д. Я. Акимов-Перетц (1876-1936) являлся участником проектирования и строительства разводного Екатерингофского моста (построен в 1914 г.), автором научных работ по расчетам арок, рамных систем и неразрезных балок, с 1930 г. заведовал кафедрой статики железобетонных конструкций.

Профессор С. О. Барышников — ректор СПГУВК и заведующий кафедрой основ инженерного проектирования — является специалистом в области технологии ремонта корпусов судов, а также в области теории устойчивости и колебаний элементов судовых конструкций. В частности, С. О. Барышников является одним из авторов (в соавт. с В. Б. Чистовым и Т. О. Лопаревой) идеи поперечного разреза корпуса ремонтируемого судна на стапеле для устранения остаточного перегиба в процессе длительной эксплуатации судна. Идея обоснована необходимыми расчетами на прочность как стапельных конструкций, так и частей корпуса в процессе ремонта. Им написаны две научные монографии.

Научные направления прикладной математики и механики в СПГУВК развиваются и учеными математических кафедр университета.

Выдающийся математик академик В. И. Смирнов (1887-1974) создал в ЛИИВТе кафедру высшей математики, которой заведовал в 1930-1931 гг. Его основные научные труды посвящены теории функции комплексного переменного, униформизации многозначных аналитических функций, исследованию полноты системы многочленов, теории распространения волн в упругих средах с плоскими границами и т. д. В. И. Смирнов является автором наиболее известного и популярного в нашей стране пятитомного курса высшей математики.

Д-р физ.-мат. наук, профессор Г. И. Джанелидзе (1916-1964) руководил кафедрой высшей математики в 1951-1955 гг. Им написаны труды по общей механике, математике, физике, теории упругости и пластичности, теории естественно закрученных стержней и т. д., в частности монографии «Статика тонкостенных упругих стержней» (в соавт. с Я. Г. Пановко), «Вибрационные перемещения» (в соавт. с И. И. Блехманом). В последней работе обосновывается возможность транспортировки сыпучих сред посредством возбуждения поперечных колебаний частиц среды. Вместе с М. И. Батем и А. С. Кельзоном он написал учебное пособие «Теоретическая механика в примерах и задачах», которое выдержало много изданий.

Научные труды д-р физ.-мат. наук, профессора Л. Н. Слободецкого (1914-1976) относятся к теории функции комплексной переменной и теории дифференциальных уравнений в частных производных. Его именем в математике названы так называемые пространства класса Соболе-ва-Слободецкого. Он заведовал кафедрой высшей математики в 1959-1974 гг.

Д-р физ.-мат. наук, профессор П. Г. Голоскоков (1924-1999) в 1969-1973 гг. заведовал кафедрой вычислительной техники и математических методов исследования операций, а в 19741990 гг. — кафедрой высшей математики. Его докторская диссертация посвящена решению краевых задач теории тонких плит при помощи полиномов специального вида. Особо значимые работы П. Г. Голоскокова в области механики опубликованы в академических журналах «Известия АН СССР» (1962, 1964), «Прикладная механика» (1967).

Профессор кафедры математики, д-р техн. наук М. В. Сухотерин занимается вопросами изгиба пластин и плит (гладких и ребристых) с защемленно-свободными краями как элементов судовых, гидротехнических и авиационных конструкций. Им написана в 2009 г. монография «Метод суперпозиции исправляющих функций в задачах теории пластин». Результаты научных исследований опубликованы также в ведущих отечественных и зарубежных журналах в области механики и математического моделирования.

Д. П. Голоскоков, д-р техн. наук, профессор, с 2004 г. заведует кафедрой прикладной математики, специалист в области механики деформируемого твердого тела, математического моделирования, численных методов решения краевых задач математической физики. Им (в соавт. с П. Г. Го -лоскоковым) написана монография «Метод полиномов в задачах теории тонких плит», вышедшая в 2008 г. Перу Д. П. Голоскокова и А. А. Грищенкова принадлежит книга «Математическое моделирование упругих тонких систем» (1999). В 2006 г. вышла монография Д. П. Голоскокова «Численно-аналитические методы расчета упругих тонкостенных конструкций нерегулярной структуры». Указанные работы посвящены построению и применению ортогональных многочленов для решения задач изгиба гладких и ребристых пластин и пологих оболочек, определению деформаций и напряжений в ребрах жесткости как элементах обшивки судов и затворов гидросооружений. Представлены математические модели надежного приближенного расчета таких конструкций с применением вариационных методов Канторовича и Бубнова-Галеркина. Монография «Избранные задачи механики деформируемого твердого тела» (2009) посвящена задачам устойчивости цилиндрических оболочек с учетом нелинейности докритического состояния. В ней построена общая нелинейная теория упругих стержней.

Помимо указанных выше монографий, Д. П. Голоскоковым написан учебник по уравнениям математической физики, который используется в учебном процессе кафедры, а также в СПбГУ на факультете ПМ-ПУ. Под грифом УМО вышел его «Практический курс математической физики в системе Мар1е». Им подготовлены несколько кандидатов и один доктор технических наук. Д. П. Голоскоков возглавляет диссертационный совет по трем специальностям.

Кафедра прикладной математики в настоящее время готовит специалистов широкой направленности, в том числе и в области расчетов на прочность судовых и гидротехнических конструкций. Под редакцией Д. П. Голоскокова и А. Р. Шкадовой кафедра с 2008 г. издает ежегодный межвузовский сборник научных трудов «Математика и ее приложения».

Научными исследованиями в области прикладной математики и механики занимаются также кандидаты наук В. К. Лащенов, А. В. Коптев, Н. М. Гулевич, В. О. Кузнецов (кафедра математики), Г. В. Титова, А. В. Васин, А. Р. Шкадова, аспиранты В. А. Данилюк и К. О. Ломтева (кафедра прикладной математики).

В настоящее время вопросы прочности, надежности и долговечности судовых и гидротехнических конструкций по-прежнему актуальны, особенно ввиду применения новых материалов, развития инновационных технологий, а также из-за возможных техногенных катастроф. Ученые математики и механики СПГУВК стремятся решать эти новые задачи.

1. Большая энциклопедия транспорта: в 8 т. — СПб.: Элмор, 2000. — Т. 5: Морской транспорт. — 380 с.; — СПб.: Элмор, 1998. — Т. 6: Речной транспорт. — 312 с.

[2451

Список литературы

Выпуск 2

Выпуск 2

2. Гапеев А. М. 200 лет подготовки инженеров в области гидротехнического строительства водных путей и портов: сб. материалов / А. М. Гапеев, В. В. Кононов, К. П. Моргунов. — СПб.: СПГУВК, 2009. — 224 с.

3. История Института инженеров путей сообщения за первое столетие его существования (1810-1910) / сост. А. М. Ларионов. — СПб.: ИИПС, 1910. — 326 с.

4. Ленинградский институт инженеров водного транспорта (1930- 1955). — Л.: ЛИВТ, 1956. — 228 с.

5. Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта (1809-1959). — М.: Трансжелдориздат, 1960. — 388 с.

6. Ляхницкий В. Е. 130 лет высшей технической школы водного транспорта / В. Е. Ляхниц-кий. — М.: Водный транспорт, 1939. — 34 с.

7. Морской энциклопедический справочник / под ред. Н. Н. Исанина. — Л.: Судостроение. 1986. — Т. 1. — 512 с.; — Т. 2. — 520 с.

8. Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций. К 200-летию государственной подготовки специалистов для водного транспорта (1809-2009) / под общ. ред. Е. Н. Климова. — СПб.: СПГУВК, 2009. — 444 с.

9. Советский энциклопедический словарь. — М.: Сов. энциклопедия, 1984. — 1600 с.