时间：2023-03-23 15:20:04
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专 业：机械工程
班 别：机自041
学 号：2
学生姓名：
指导教师：
完成时间： 2019年3月31日
学生宿舍地源热泵供热系统设计
----总体设计
1、选题的依据及意义：
1.依据：
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。
随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
2.意义：
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：
空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ASHP
水源热泵系统 (water- source heat pump) WSHP
地源热泵系统 (ground- source heat pump)GSHP
平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：
空气---水热泵系统
水 --- 空气热泵系统
水 --- 水热泵系统
空气---空气热泵系统
这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。
为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是WSHP、GSHP都叫做GSHP--地源热泵系统。
另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：
土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)
地下水系统
地表水系统
这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)
图。1。1土壤换热器(水平埋管)图
图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图
图。1。3 地表水系统图
图。1。4 地下水系统图
2、国内外研究现状及发展趋势
1。 地源热泵的发展历史
地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于192019年，瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;2019年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于2019年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。
2.地源热泵在中国的发展现状及前景：
目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。
从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。
鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。
3、本课题研究方案：
本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：
1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。
2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。
3、 考虑到成本问题，造价是否合理。
4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。
5、 运行的安全及噪音处理问题。
6、 废物的处理及环保问题。
4、本课题研究的内容：
广西工学院北区5#的热水供应改装。
1、该大楼空调工程包括：
1-6层的热水供应，所有宿舍。
2、设计参数：
每层有14个房间，每间8人，共6层。
3、柳州地区基本气象参数：
根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水
4、本课题具体研究内容：
(1)、循环水换热器的计算
(2)、土壤热泵系统(GCHP)的土壤换热器设计
地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。
地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等
(3)、布置型式
目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。
尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3。1 水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
3。2 垂直埋管
根据埋管形式的不同，1般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径1般在φ50mm 以下
2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较U 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式
串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;
②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于
其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;
③安装劳动成本增大;
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;
②所需防冻液少;
③安装劳动成本低。
其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;
②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多
(5)土壤换热器的埋管材料回路有相
5。1 管材选择
1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性
⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。
5。2 管件与连接
⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)
⑵电熔联结
(6)、埋管管长与埋管间距的确定
地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。
6。1 水平埋管：确定管沟数目及间距
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下：
其中L ——埋管总长，m
1 Q ——冬季从土壤取出的热量，Kw，
（试 行）
一、 网络类题目的特点
学生络类题目的特点主要以校园网、小型企业网、大型企业网（多地互联）为应用场合，进行网络工程设计类或网络安全类论文的写作。
二、 网络工程设计类论文的写作
1．论文写作要求
类似于投标书，但有不同于投标书，不要有商务性质的内容（项目培训、售后服务、产品说明书、产品报价……），也一般不考虑具体综合布线（职院学校的要求），主要倾向于其技术实现。
2．论文写作基本环节
采用工程业务流程，类似于软件工程：
1）需求分析
2）功能要求
3）逻辑网络设计（设计原则、拓扑结构图、背景技术简介、IP地址规划表），也称为总体设计
4）物理网络设计（实现原则、技术方案对比，一般考虑结构化布线），也称为详细设计
5）网络实现（设备选型和综合布线属于这个阶段，但我们主要强调各种设备的配置与动态联调以实现具体目标）
6）网络测试（比较测试预期结果与实际结果）
具体实现通过采用Dynamips 模拟平台和Cisco Packet Tracer(PT)模拟平台。
3．注意事项
1）抓住题目主旨和侧重点（类似题目的需求不同，取材角度不同、参考资料的取舍也不同。不同的应用场合会采用不同的拓扑结构、路由技术（BGP、RIP、单区域和多区域的OSPF）、交换技术（Vlan、生成树、链路聚合、堆叠）、访问（接入）技术、安全技术等，只有这样题目才能各有千秋，否则就都变成了XX公司（校园）网络设计。）
2）不要有商务性质的内容（项目培训、售后服务……）
3）不要产品使用说明书和安装调试说明书
4）不建议包含综合布线的整个过程。
4．存在的问题与案例分析
1）结构不太清楚，有些环节没有
2）不应有产品说明书，具体实现要更清楚
三、 网络安全类论文的写作
1．论文写作基本环节与要求
从技术上讲主要有：
1）Internet安全接入防火墙访问控制；
2）用户认证系统；
3）入侵检测系统；
4）网络防病毒系统；
5）VPN加密系统；
6）网络设备及服务器加固；
7）数据备份系统；
从模型层次上讲主要有：
1）物理层安全风险
2）网络层安全风险
3）系统层安全风险
不同的应用需求采用不同的技术。
2. 存在的问题与案例分析
1）选题有些过于复杂而有些过于简单
2）只是简单叙述各种安全技术，没有具体实现
四、 论文答辩要求
1）论文格式：从总体上，论文的格式是否满足《韶关学院本科毕业设计规范》的要求？
（2）强化专业和实践教学。各专业根据自身优势和特点，适当增加专业课、专业选修课学分，强化专业主干课程和专业实践、突出专业特色。要保证列入教学计划的各实践教学环节累计学分不低于总学分的25%（理、工、农类专业）。
（3）优化课程结构，合理设计课程模块。坚持以学生为本，充分考虑学生在能力、兴趣、特长等方面的差异，构建分层次、模块化的培养框架。科学合理地安排必修课与选修课、理论课与实验课、基础课与专业课之间的比例。
（4）推进素质教育，提高学生素质。改革公共课程，把人文教育和科学教育融合到人才培养的整个过，落实到教育的各个环节，通过文理交叉、学科融合，促进学生综合素质的全面提高。
2工业工程专业人才培养方案的主要内容
云南农业大学工业工程专业自2003年成立并招生以来，高度重视本专业人才培养方案的制定与研究工作。2010年，根据学校《云南农业大学本科专业人才培养方案修订实施意见》，工业工程系在2007版人才培养方案的基础上，广泛收集资料，学习和参照国内外高等院校工业工程专业人才培养计划和要求，反复讨论并充分征求本专业教师及学生的意见，进行了认真细致的修订工作。修订后的培养方案包括以下几方面的主要内容。
2.1工业工程专业的培养目标和要求
本专业培养具备扎实的工程技术和计算机技术基础；掌握现代管理科学与系统科学的理论和方法；具有一定的科研能力、实践能力及创新能力；能应用工程技术和管理科学知识，在各级管理部门及企事业单位从事管理系统、生产系统及服务系统的规划、设计、决策、运营、评价、优化等工作；既懂技术又懂管理的复合型工程技术人才。本专业学生主要学习机械工程基础、管理工程基础及计算机应用基础等工业工程专业的基本理论和基本知识；研究管理系统、生产系统及服务系统的规划、设计、运营、管理与控制；接受应用工业工程相关理论与分析方法解决实际问题的基本训练；初步具备规划、开发、设计、运营和评价管理系统、生产系统及服务系统的能力。
2.2毕业生应获得以下几方面的知识和能力
（1）具有扎实的自然科学基本理论知识，较好的人文社会科学基础，较强的本国语言、文字表达能力。
（2）系统掌握机械工程、管理工程、技术经济与管理等与本专业领域相关的基本理论和基本知识。
（3）掌握工业工程学科的基本理论和方法，具备本专业领域的基本知识，了解学科前沿、应用前景和发展动态，熟悉经济建设和企业管理的法律、法规和政策。
（4）具备较强的计算机应用能力和较强的英语听、说、读、写能力，掌握科技文献检索、资料查询的基本方法，具备独立获取知识、信息的能力和一定的科学研究能力。
（5）具备较好的人际沟通能力和创新能力，具有较强的协作精神。
2.3工业工程专业的主干学科及主干课程
工业工程专业的主干学科是机械工程、管理工程、技术经济与管理。其主干课程包括机械制造基础、机械设计基础、运筹学、管理学、工程经济学、基础工业工程、人因工程学、生产运作管理、管理信息系统、设施规划与物流分析、质量控制与质量管理等。
2.4工业工程专业的主要实践教学环节
大学四年的学习过程中，工业工程专业要完成认识实习、金工实习、生产（服务）系统实习、工业工程专业综合训练、运筹学课程设计、数据库技术课程设计、机械设计基础课程设计、基础工业工程课程设计、人因工程学课程设计、工程经济学课程设计、管理信息系统课程设计、生产运作管理课程设计、设施规划与物流分析课程设计、系统建模与仿真课程设计、质量控制与质量管理课程设计、毕业实习、毕业论文（设计）等实践教学环节。
2.5工业工程专业的修业年限
本专业修业年限为三至六年。有条件的学生在按要求修满规定学分的前提下可提前毕业，但最低修业年限不得少于3年；对不能在4年内按要求修完规定学分的学生，经学校批准后可以延期毕业，但修业年限最高不得超过6年。
2.6工业工程专业的毕业学分要求及授予学位
工业工程专业的本科学生毕业时应修学分为176个学分，其中公共必修课模块35学分，人文社会科学及自然科学类课程选修12学分，学科公共课模块20学分，专业基础课模块25学分，专业课模块21学分，专业选修课30学分，实践教学33学分。工业工程专业授予工学学士学位。
3工业工程专业课程体系的基本结构
工业工程是技术与管理相结合的交叉学科，既有鲜明的工程属性，也有明显的管理特征。工业工程专业培养的人才要对各种类型的系统有全面深入的理解，能够对系统问题进行规划、解决和阐释，使系统优化，系统效率明显提高，并因此具备领导跨学科团队的能力。要达到这样的培养目标和培养要求,研究工业工程专业人才培养方案，确立工业工程学科的课程体系,协调工业工程专业课程与工程专业、管理专业之间的关系十分重要。云南农业大学工业工程专业的课程包括必修课和选修课两大类。课程体系是平台式和模块式相结合的复合型结构。课程纵向设置包括公共课、学科共同课、专业课。横向设置以实践教学和素质教育贯穿整个培养过程，形成纵横交错的复合结构。工业工程学科发展过程中，融合了数理统计、工程技术、运筹学、系统工程等技术的思想和方法，其研究领域从制造业扩展到商业、运输业、服务业及政府部门。工业工程专业的课程设置要满足专业发展的要求,其课程体系必须包括素质教育、专业教育、实践教育三大平台。
3.1素质教育平台
包括公共必修课模块（35学分）和公共任意选修课模块（不低于12学分），这部分课程由学校统一安排，也是全校所有专业的学生必须学习的课程，主要包括大学语文、大学计算机基础、大学英语、公共体育基础课、政治理论课、职业生涯与发展规划、就业指导等课程。
3.2专业教育平台
（1）学科共同课模块。包括高等数学I、高等数学II、线性代数与概率论、普通物理学、普通物理学实验等5门课程20学分。
（2）专业基础课模块。包括机械制图、管理学、机械制造基础、运筹学、数据库技术、机械设计基础、基础工业工程、工程经济学等8门课程25学分。
（3）专业课模块。包括人因工程学、系统工程、管理信息系统、生产运作管理、设施规划与物流分析、质量控制欲质量管理、系统建模与仿真、项目管理、制造技术与制造系统等9门课21学分。
（4）专业选修课模块。提供CAD工程制图、工程力学、电工与电子学、管理经济学、会计学原理、微机原理与运用、市场营销学、应用统计学、控制工程原理、产品开发技术与管理、专业英语、供应链管理、工业工程专业系列讲座等课程，要求学生至少选修30学分。
3.3实践教育平台
（1）公共实践模块。包括入学教育/专业教育、军事训练、国家学生体质健康标准测试、毕业论文（设计）等，共计11学分等内容。
（2）专业实验课模块。包括普通物理学课程试验、工程力学课程试验、电工与电子学课程实验、数据库技术课程实验、运筹学课程实验、微机原理与应用课程实验、机械制造基础课程实验、机械设计基础课程实验、人因工程学课程实验、设施规划与物流分析课程实验、系统建模与仿真课程实验等，共计12学分。
（3）实习实践模块。主要包括认识实习、金工实习、生产（服务）系统实习、工业工程专业综合训练、毕业实习以及本专业主干课程的课程设计等，共计22学分。
4问题及建议
工业工程专业高等教育的核心是创造力的培养，培育具有实践能力和创新精神、集技术与管理于一身的复合型人才。虽然我们对云南农业大学工业工程专业的人才培养方案进行了精心的设计、修订和研究，力求科学合理，适应社会发展的需要，但是云南省工业工程专业人才培养存在以下问题。
（1）云南地处西南边疆，社会经济发展水平较低，对工业工程专业的认知程度有限，制造企业中几乎不设工业工程部门和工业工程师岗位，工业工程专业人才对口就业困难。
（2）区域内缺少以集中化管理的先进技术和设备为技术创新提供服务，为工业工程教学提供高新技术教育训练平台的工业工程研究中心，学生少有机会接受工业工程专业先进技术培训和实践的机会。
（3）理论教学与实践脱节。由于教学经费的限制，学校实验室建设不能满足课程建设的需求，教学过程以课堂讲授为主，注重理论性、系统性、专业性、知识性，结合实际的案例式教学较少，学生的专业实践训练不足。要解决工业工程专业人才培养过程中存在的问题，我们提出以下几点建议：
①工业工程是系统的综合优化技术，是解决系统优化，提高系统效率的学科专业，具有广泛的适应性和广阔的发展前景。要加强工业工程专业的宣传，让社会充分认识工业工程专业人才培养的重要性；
德国高等工程教育起始于1870年前后建立的德国工科大学。在20世纪60年代末70年代初又建立了高等专科大学。从此，德国形成了由工业大学和高等专科大学并存并各有侧重的高等工程教育体制，在全世界有着广泛影响。
一、德国高等工程教育的特点
1.培养目标的明确性
德国高等工科院校的培养目标是高质素的工程师。为了培养高素质的工程师，德国高等工程教育界形成了学习年限长、教学任务重、考试要求严、实践环节多、淘汰率高的特点。
工科专业本科的培养年限一般为五年，但实际上只有很少学生能按时完成，多数学生要5～7年，甚至8～9年才能完成学习任务。本科生教育由基础学习阶段和主科学习阶段构成，其中基础学习阶段一般为2年，主要学习内容为各系的共同基础性课程，目的在于培养学生的科学知识和工作基础，同时要求学生必须通过严格的考试。在完成基础学习阶段后就进入主科学习阶段。在该阶段中，学生要确定自己的专业方向；完成该专业相关的学习任务（主要包含必修课、选修课和任选课程）；完成本专业的实验、课程设计、专题报告和毕业论文。主科学习阶段的时间不固定，因人而异，一般为3～4年。因此，学生往往要经过5~7年的艰苦学习才能够拿到德国工程师文凭。
在德国，大学的每学年是由夏、冬两个学期组成，其中夏季学期包含3个月，而冬季学期为4个月。德国的大学实行从上午7点到晚上9点的全日程课程，没有固定的午、晚饭时间，其中每堂课为一个半小时，课间安排15分钟的休息时间。就是在假期，学生也并不能完全休息，需要完成很多诸如实习、考试、作业等任务。
为保证毕业生的质量，德国各大学和专业都要对学生进行选择和淘汰，一般淘汰率为30%～50%；有的学校和专业的淘汰率令人难以想象。
2.培养过程的实践性
德国高等工程教育培养目标的明确性决定了在具体的培养过程别重视理论与实践两个方面的教育。因此，德国高等工程教育形成了崇尚理论研究、强调技术科学、密切联系实际的优良传统，保证了德国工程师在世界上享有较高的声誉。
（1）大学在学术上有求真务实的传统。在德国高等工程教育界，学校衡量教授学术水平高低的标准不是论文的多少而是实验。实验是科技发展的源泉，能用以证明教授研究成果的主要是实际开发的实验装置、模型或样机、新研制的产品等。因而，德国高等工科院校特别重视试验研究的结果，对工程领域博士学位答辩的要求是一定要做出实实在在的东西，确实解决了问题，而对并没有硬性要求。
（2）面向实际设计课程。在校学习期间，德国高等工科院校会逐步安排学生接触工作中需要解决的实际问题，并把科学解决实际问题的知识与方法作为重要的教学内容，不断提高学生解决实际应用问题的能力。同时，学校还会及时把实际生产实践中最新的工艺、技术和知识补充到日常教学内容中，不断更新自己的教材。
（3）教师具备丰富的实践经验。德国高等工程教育重视教师的实践背景。工程专业的大学教授都被要求至少具有5年以上的工程实践经历。德国高等工程教育中，教师成为输送学生到企业实践训练和就业的联系人。德国高等工科院校的教师与工业界保持非常密切的联系，主要表现在两个方面：一方面，他们的实验室帮助企业解决实际生产中遇到的问题；另一方面，他们本人往往都在企业兼职甚至开办企业。
（4）与企业建立良好的合作教育机制。除了在学校内学习理论知识和部分的实习外，德国工科大学的学生一般还有3～6个月时间用于在校外企业进行生产实践活动。学生常常可以利用假期参与工厂企业的科研开发与研究项目，并且很多学生的毕业设计课题也都源于企业的实践问题。此外，德国企业界普遍把培养后备力量作为企业的一种社会责任与义务，非常愿意接纳学生参与企业的实践活动。
3.工程教育的法制化
作为法制国家，在德国，人们会自觉和习惯地按照法律规定进行个人和组织的行为。高等学校是整个国家法制体系中的重要组成部分。因此，每当高等工程教育改革条件相对成熟时，德国政府就会以法律形式为改革清除障碍，减少改革中遇到的阻力，保证改革能顺利进行。比如，1998年德国政府出台了德国大学基本法的修正案，该法案保证了引进学士、硕士学位制，改革课程内容及结构，对高校放权、改革教授聘任制等一系列的方案实施，为德国大学的进一步发展提供政策支持和保证。
二、当前德国高等工程教育改革的原因
德国高等工程教育从诞生之日起，凭借其优良的传统和特色与美国高等工程教育一起成为世界上高等工程教育中的两大模式。但20世纪60年代后，特别是当前国际政治领域发生深刻变化、科学技术突飞猛进、国际交往和文化融合不断深化的背景下，德国高等工程教育也出现了种种的不适应。比如，高等工程教育的学生在校学习时间过长，就业时间相对较晚，学位种类偏少、国际流通度较差等情况。导致出现这些现象的原因主要有两个方面。
1.经济全球化的影响
当前，经济全球化已成为世界经济增长和世界政治变化的主要原因。在经济全球化的背景下，伴随着科学技术的突飞猛进，企业已越来越感受到来自市场竞争和技术革新的双重压力。激烈的市场竞争会对企业不断提出新的要求和挑战，迫使企业根据广大消费者的要求，在技术上不断创新、改进生产工艺，在管理上不断优化组织结构，开发出适合消费者要求的新产品。工程师的工作内容就包含在产品研发、过程研发与设计制造、营销等整个产业链之中，因此，经济全球化必然带来对工程师素质、能力的重新定位和要求。在经济全球化的进程中，作为以培养工程师为主要目标的高等工科院校也必然会被要求重新审视自己的定位。为了适应经济全球化的变化，工程教育在教学目的、目标、内容、方法和手段上都必须做相应的改革。
2.欧盟一体化影响
欧盟作为当今世界最大的区域性一体化组织，在追求政治上用一个声音说话的过程中不断加强和推进经济、军事、文化、教育、科技等领域的一体化。德国作为欧盟的重要成员国，在高等工程教育领域内也受到来自欧盟内部要求其变革的影响，其中最为直接的就是1999年33个欧洲国家教育部长在意大利通过的“博洛尼亚宣言”。
“博洛尼亚宣言”意在保证教育质量的前提下，实现欧洲各国的学位制度的统一，建立共同的欧洲教育区。这就对德国高等工程教育原有的体系带来重要影响。为了推进博洛尼亚进程，实现欧洲各国的学位制度的统一，就必须对现有的学位和学制进行改革。
三、德国高等工程教育改革的措施
随着知识经济的发展、全球化趋势的加强、国际竞争压力的加剧，为了进一步发挥优势，保持特色，德国政府在20世纪末进行了一系列的改革，采取了一些措施。
1.高等工程教育的国际化
经济全球化进程决定了教育的国际化。国际化的表现形式是教师和学生的国际流动，信息与教育资源一定程度的国际共享，学位的互认与共容。特别是在1999年通过博洛尼亚宣言后德国政府和教育界加快了高等工程教育的国际化，主要体现在：
（1）不断扩大外国留学生的招生人数。招收外国留学生一方面可以扩大高等工程教育的国际交流，另一方面也可缓解德国高等工程教育中存在的生源不足的现象。因此，德国政府、高校、社会团体等采取种种措施扩大外国留学生的招生人数。为推进博洛尼亚进程，促进学生和教师在欧洲范围内的流动，德国政府采取了必要措施，使得国家贷款和奖学金可以转移，同时放宽对留学生比例的限制。另一方面，德国对外文化交流协会还与多国政府签订了联合培养硕士、博士的协议，并有很多诸如洪堡基金会、教会等民间机构会无偿或有偿地资助外国研究人员或留学生。
（2）学位体制与国际接轨。与英、美等国通用的学士、硕士和博士三级学位制不同，德国高等工程教育授予的是文凭工程师学位。根据高校类型的不同，文凭工程师学位可分为大学文凭工程师和专业学院文凭工程师两类。从1999～2000年冬季学期开始，德国若干工科大学都在原有的文凭工程师和工学博士的基础上增加了工学学士和工学硕士学位，其招生范围是外国和德国本国学生。其课程设计采用模块的方式，采用英语来讲授其中很多课程。获得学士学位的学生毕业时可以根据自己的实际情况来选择不同的道路，其中对实践有兴趣的学生可以在毕业后直接就业，而有兴趣从事理论研究的学生则可以继续硕士阶段的课程学习，获得更高的学位。同时，学生还可以选择攻读双学士学位。至于国外留学生，德国大学对已获得教育、电子电气、机械、环保等专业学士学位的留学生开设硕士学位课程，实行国际硕士培养计划。同时，对于已经得本国硕士学位的留学生，德国大学会对其进一步开设博士课程。
2.高等工程教育的综合化
德国高等工程教育起始于1870年前后建立的德国工科大学。在20世纪60年代末70年代初又建立了高等专科大学。从此，德国形成了由工业大学和高等专科大学并存并各有侧重的高等工程教育体制，在全世界有着广泛影响。
一、德国高等工程教育的特点
1.培养目标的明确性
德国高等工科院校的培养目标是高质素的工程师。为了培养高素质的工程师，德国高等工程教育界形成了学习年限长、教学任务重、考试要求严、实践环节多、淘汰率高的特点。
工科专业本科的培养年限一般为五年，但实际上只有很少学生能按时完成，多数学生要5～7年，甚至8～9年才能完成学习任务。本科生教育由基础学习阶段和主科学习阶段构成，其中基础学习阶段一般为2年，主要学习内容为各系的共同基础性课程，目的在于培养学生的科学知识和工作基础，同时要求学生必须通过严格的考试。在完成基础学习阶段后就进入主科学习阶段。在该阶段中，学生要确定自己的专业方向；完成该专业相关的学习任务（主要包含必修课、选修课和任选课程）；完成本专业的实验、课程设计、专题报告和毕业论文。主科学习阶段的时间不固定，因人而异，一般为3～4年。因此，学生往往要经过5~7年的艰苦学习才能够拿到德国工程师文凭。
在德国，大学的每学年是由夏、冬两个学期组成，其中夏季学期包含3个月，而冬季学期为4个月。德国的大学实行从上午7点到晚上9点的全日程课程，没有固定的午、晚饭时间，其中每堂课为一个半小时，课间安排15分钟的休息时间。就是在假期，学生也并不能完全休息，需要完成很多诸如实习、考试、作业等任务。
为保证毕业生的质量，德国各大学和专业都要对学生进行选择和淘汰，一般淘汰率为30%～50%；有的学校和专业的淘汰率令人难以想象。
2.培养过程的实践性
德国高等工程教育培养目标的明确性决定了在具体的培养过程别重视理论与实践两个方面的教育。因此，德国高等工程教育形成了崇尚理论研究、强调技术科学、密切联系实际的优良传统，保证了德国工程师在世界上享有较高的声誉。
（1）大学在学术上有求真务实的传统。在德国高等工程教育界，学校衡量教授学术水平高低的标准不是论文的多少而是实验。实验是科技发展的源泉，能用以证明教授研究成果的主要是实际开发的实验装置、模型或样机、新研制的产品等。因而，德国高等工科院校特别重视试验研究的结果，对工程领域博士学位答辩的要求是一定要做出实实在在的东西，确实解决了问题，而对并没有硬性要求。
（2）面向实际设计课程。在校学习期间，德国高等工科院校会逐步安排学生接触工作中需要解决的实际问题，并把科学解决实际问题的知识与方法作为重要的教学内容，不断提高学生解决实际应用问题的能力。同时，学校还会及时把实际生产实践中最新的工艺、技术和知识补充到日常教学内容中，不断更新自己的教材。
（3）教师具备丰富的实践经验。德国高等工程教育重视教师的实践背景。工程专业的大学教授都被要求至少具有5年以上的工程实践经历。德国高等工程教育中，教师成为输送学生到企业实践训练和就业的联系人。德国高等工科院校的教师与工业界保持非常密切的联系，主要表现在两个方面：一方面，他们的实验室帮助企业解决实际生产中遇到的问题；另一方面，他们本人往往都在企业兼职甚至开办企业。
（4）与企业建立良好的合作教育机制。除了在学校内学习理论知识和部分的实习外，德国工科大学的学生一般还有3～6个月时间用于在校外企业进行生产实践活动。学生常常可以利用假期参与工厂企业的科研开发与研究项目，并且很多学生的毕业设计课题也都源于企业的实践问题。此外，德国企业界普遍把培养后备力量作为企业的一种社会责任与义务，非常愿意接纳学生参与企业的实践活动。
3.工程教育的法制化
作为法制国家，在德国，人们会自觉和习惯地按照法律规定进行个人和组织的行为。高等学校是整个国家法制体系中的重要组成部分。因此，每当高等工程教育改革条件相对成熟时，德国政府就会以法律形式为改革清除障碍，减少改革中遇到的阻力，保证改革能顺利进行。比如，1998年德国政府出台了德国大学基本法的修正案，该法案保证了引进学士、硕士学位制，改革课程内容及结构，对高校放权、改革教授聘任制等一系列的方案实施，为德国大学的进一步发展提供政策支持和保证。
二、当前德国高等工程教育改革的原因
德国高等工程教育从诞生之日起，凭借其优良的传统和特色与美国高等工程教育一起成为世界上高等工程教育中的两大模式。但20世纪60年代后，特别是当前国际政治领域发生深刻变化、科学技术突飞猛进、国际交往和文化融合不断深化的背景下，德国高等工程教育也出现了种种的不适应。比如，高等工程教育的学生在校学习时间过长，就业时间相对较晚，学位种类偏少、国际流通度较差等情况。导致出现这些现象的原因主要有两个方面。
1.经济全球化的影响
当前，经济全球化已成为世界经济增长和世界政治变化的主要原因。在经济全球化的背景下，伴随着科学技术的突飞猛进，企业已越来越感受到来自市场竞争和技术革新的双重压力。激烈的市场竞争会对企业不断提出新的要求和挑战，迫使企业根据广大消费者的要求，在技术上不断创新、改进生产工艺，在管理上不断优化组织结构，开发出适合消费者要求的新产品。工程师的工作内容就包含在产品研发、过程研发与设计制造、营销等整个产业链之中，因此，经济全球化必然带来对工程师素质、能力的重新定位和要求。在经济全球化的进程中，作为以培养工程师为主要目标的高等工科院校也必然会被要求重新审视自己的定位。为了适应经济全球化的变化，工程教育在教学目的、目标、内容、方法和手段上都必须做相应的改革。
2.欧盟一体化影响
欧盟作为当今世界最大的区域性一体化组织，在追求政治上用一个声音说话的过程中不断加强和推进经济、军事、文化、教育、科技等领域的一体化。德国作为欧盟的重要成员国，在高等工程教育领域内也受到来自欧盟内部要求其变革的影响，其中最为直接的就是1999年33个欧洲国家教育部长在意大利通过的“博洛尼亚宣言”。
“博洛尼亚宣言”意在保证教育质量的前提下，实现欧洲各国的学位制度的统一，建立共同的欧洲教育区。这就对德国高等工程教育原有的体系带来重要影响。为了推进博洛尼亚进程，实现欧洲各国的学位制度的统一，就必须对现有的学位和学制进行改革。
三、德国高等工程教育改革的措施
随着知识经济的发展、全球化趋势的加强、国际竞争压力的加剧，为了进一步发挥优势，保持特色，德国政府在20世纪末进行了一系列的改革，采取了一些措施。
1.高等工程教育的国际化
经济全球化进程决定了教育的国际化。国际化的表现形式是教师和学生的国际流动，信息与教育资源一定程度的国际共享，学位的互认与共容。特别是在1999年通过博洛尼亚宣言后德国政府和教育界加快了高等工程教育的国际化，主要体现在：
（1）不断扩大外国留学生的招生人数。招收外国留学生一方面可以扩大高等工程教育的国际交流，另一方面也可缓解德国高等工程教育中存在的生源不足的现象。因此，德国政府、高校、社会团体等采取种种措施扩大外国留学生的招生人数。为推进博洛尼亚进程，促进学生和教师在欧洲范围内的流动，德国政府采取了必要措施，使得国家贷款和奖学金可以转移，同时放宽对留学生比例的限制。另一方面，德国对外文化交流协会还与多国政府签订了联合培养硕士、博士的协议，并有很多诸如洪堡基金会、教会等民间机构会无偿或有偿地资助外国研究人员或留学生。
（2）学位体制与国际接轨。与英、美等国通用的学士、硕士和博士三级学位制不同，德国高等工程教育授予的是文凭工程师学位。根据高校类型的不同，文凭工程师学位可分为大学文凭工程师和专业学院文凭工程师两类。从1999～2000年冬季学期开始，德国若干工科大学都在原有的文凭工程师和工学博士的基础上增加了工学学士和工学硕士学位，其招生范围是外国和德国本国学生。其课程设计采用模块的方式，采用英语来讲授其中很多课程。获得学士学位的学生毕业时可以根据自己的实际情况来选择不同的道路，其中对实践有兴趣的学生可以在毕业后直接就业，而有兴趣从事理论研究的学生则可以继续硕士阶段的课程学习，获得更高的学位。同时，学生还可以选择攻读双学士学位。至于国外留学生，德国大学对已获得教育、电子电气、机械、环保等专业学士学位的留学生开设硕士学位课程，实行国际硕士培养计划。同时，对于已经得本国硕士学位的留学生，德国大学会对其进一步开设博士课程。
2.高等工程教育的综合化
一个月相声画出模型
“国家的工业水平取决于装备制造业，而装备制造业水平则取决于机床。数控机床素有“工业之母”之称，我们生活和生产中用到的各类机械产品和装备都是直接或间接由数控机床制造的。卡盘就是数控机床用于夹持工件的双手，卡盘的精度制约着机床对产品加工精度的提升。如果能够提高卡盘夹持工件的精度，就可以使机床加工出质量更高的产品。”于是，王健健心怀热忱，主动请缨负责卡盘精度设计部分，以提高卡盘的夹持精度。
作为研一学生，王健健没有实际接触过卡盘，对卡盘的结构和工作原理是一头雾水，即使一心埋首实验室和图书馆，大啃巨著，课题依然罕有进展。经导师的建议，王健健暂时离开实验室，到国内最大的卡盘生产制造商，同时也是清华大学重大专项的合作单位――呼和浩特众环集团实习。效果立竿见影，生产一线的经历让王健健很快搞清了卡盘的结构原理及制造工艺，为顺利开展卡盘的精度设计研究打下了基础。
随后，王健健开展起课题的核心基础工作之一：建立卡盘的定心精度正向预测模型。未料，他查阅了大量关于卡盘的相关参考文献，都没有找到可行的解决方案。正当研究陷入僵局时，他回学校观摩了实验室某位师兄的毕业论文预答辩。“他研究的是数控机床的精度方向，我当时并没有听太懂。”不过，师兄的课题是机床精度建模，王健健的课题是卡盘精度建模，“我当时就想到，师兄的研究方法或许可以借鉴。”凭着学术敏感，王健健记住了精度建模方法的关键词：齐次坐标矩阵和小位移旋量。
虽然这些概念都是王健健从未涉及过的，但师兄的研究方法却在王健健的心里如草儿一般萌芽。王健健笑道：“一系列全新的概念在我眼前张牙舞爪，脆从最基本的原理开始学习，很快掌握了这一最新的精度建模理论，最后‘移花接木’，成功用于卡盘的定心精度建模。”
课题进展如巨轮般滚动向前，在获得卡盘图纸的第一手资料后，王健健随即展开第二项任务：绘制卡盘的三维模型库。“卡盘除了常用的楔式卡盘，还有球节式、斜柱式等多种类型几十种规格，要想绘制好模型，并非易事。”于是，一到夜晚，他就回到实习单位在郊区的宿舍，打开提前下载好的相声，一边听相声一边画图。整整一个月后，他画出了多达10种类型50种规格的卡盘模型，形成了模型库，为企业的卡盘研发提供了基础材料。基于王健健的研究，合作企业调整了卡盘的制造工艺，实现了卡盘定心精度的显著提升。
一场梦悟出答案
2015年12月，王健健正在开展蓝宝石晶体旋转超声钻孔加工的实验研究。这项研究是一场“硬碰硬”的较量，旨在利用超声振动能量，将硬度高、易破碎的蓝宝石材料进行高效钻孔加工，同时改善加工精度、减小加工损伤，最终提高蓝宝石晶体的钻孔加工效率。
旋转超声钻孔加工工艺堪称“优雅的大力士”，能够轻松地降低刀具对材料的切削力，在加工过程中避免蛮力的出现。但很快，他在实验中发现了切削力的异常现象。一般来说，随着钻孔深度增大，切削力会逐渐增大，但当“用力过猛”，切削力超过某一个极限值的时候，切削力会突然跳升，使仪器患上“急性病”，陡然在出孔处形成很大的崩边损伤。对仪器来说，这无异于一种“自杀式”的操作。但对于这个现象，王健健的眼神里似有星星W耀：“这一现象非常奇特，之前也没有过文献报道，也许是一个很有意义的新发现。”得益于良好的科研敏感性，王健健开始重复实验。他兴奋地发现这一切削力跳升现象每次都会出现，实验结果的重复性也很有规律，每次都出现在相同的钻孔深度处，“说明这里面有值得研究的科学内容。”
但是，到底为什么会出现这一现象呢？王健健百思不得其解。他回忆起自己当时啼笑皆非的经历：“当时我分分秒秒都无法忘掉这个问题，每天走路、吃饭、睡觉前，甚至梦里都想求得一个答案。一天凌晨，我应该正在做梦（别笑，确实是这样），突然想到很可能是因为切削力的增大抑制了超声振幅，而超声振幅的减小又反过来造成了切削力的突然增大，导致了这一现象。”
惊醒之后，王健健迫不及待地想证明这一猜想，但需要首先证明超声振幅确实受到了抑制。然而，“加工过程中超声振幅的实时测量一直是这个领域里的一个难题。”平复心情后，他突然注意到超声机床面板上的超声功率参数一直在变化，这个细节启发了他，“或许可以用超声功率来监测超声振幅的变化。”在后续的实验中，他敏锐地发现，当切削力突然跳升时，超声振幅从开始的10微米一下子减小到了1微米。基于以上的实验现象，王健健进一步挖掘和提炼，并设计了更加严谨的实验，最终明确提出旋转超声加工机床极限工艺能力的存在。“理论结果表明，极限工艺能力是由超声机床的参数决定的，而与所加工的材料和所使用的加工参数没有关系。”
什么是3D 打印？简单地说，3D 打印就像我们平时所用的打印一样，是把电脑中的文档打印出来。只不过，我们平常所用的打印机是把文字和图像打印在纸张或其他介质上，是一种平面的打印过程。而3D 打印是把电脑中的立体图像直接打印成一个真实的物品.
3D 打印机不用纸或墨，而是通过计算机辅助设计、远程数据传输、激光扫描、材料熔融等一系列技术，使塑料粒、金属粉、陶瓷粉等材料熔化，并按照3D电脑图像的结构，将材料一层层叠加起来，最终把电脑图像变成实物。简单地说，3D 打印的原理和蚕织茧有些类似，蚕吐出很细的丝，一层一层把自己包裹起来，就形成了一个“立体”的茧。虽然所用材料和工艺不一样，但3D 打印的基本原理都是根据要打印的物体形状，通过一层层地堆积而成一个立体的物品。
传统制造业生产时往往是用减法，就是把一些材料通过截断、裁剪、打磨等方法来获得制造物品所需的尺寸，制造的过程中免不了浪费原材料，还会带来一定程度的污染。然而，3D 打印物品运用的是加法，就是将粉末、液体、片状等细碎材料逐层堆积成一个物品，就好像一层层打印上去一样。因此，3D 打印又被专业人士称为“增材制造”。
就像普通打印机打印文字和图像需要有电脑文档一样，3D 打印也需要有相应的3D 文档。一般先在电脑中用专业的3D 设计软件进行产品建模，再将建成的3D 模型“分区”成逐层的截面，再转换为打印格式，输入到3D 打印机进行打印。听起来好像非常简单，实际上比较复杂，输入的图纸需要精确的参数才能提高成品精度，这也是为什么3D 打印目前还只是专业人士和发烧友才能玩的原因。
3D 打印技术的发展
1988 年，美国人斯科特・克朗普发明了一种新的3D打印技术―――熔融沉积成型。这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件分层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚，以进行叠加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。该工艺适用于产品的概念建模及形状和功能测试的中等复杂程度的中小原型，但不适合制造大型零件。
1989 年，美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。这种技术的特点是原材料选材范围广泛，比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料。
1992 年，美国人赫利塞思发明层片叠加制造技术。其原理是先将单面涂有热溶胶的薄片材料加热，热溶胶在加热状态下产生黏性，多张薄片材料便能粘接在一起。接着，机器上方的激光器按照电脑模型分层数据，用激光束将薄片切割成所制零件的内外轮廓。接着，再铺上新的一层薄片，通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割。然后，不断重复这个过程，直至整个物品打印完成。
在1995 年之前，还没有3D 打印这个名称，那时比较为研究领域所接受的名称是“快速成型”。1995年，美国麻省理工学院机械工程系的两名大四学生吉姆和蒂姆的毕业论文选题是便捷的快速成型技术。两人经过多次探讨，结果想到利用当时已经普及的喷墨打印机。他们把打印机墨盒里面的墨水替换成胶水，用喷射出来的胶水来粘接粉末床上的粉末，结果可以打印出一些立体的物品。他们兴奋地将这种打印方法称作3D 打印，将他们改装的打印机称作3D 打印机。此后，“3D 打印”一词慢慢流行，所有的快速成型技术都归到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种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。科学家们甚至利用3D 打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片段等简单的活体组织，依据3D 打印技术的发展趋势，将来我们极有可能制造出人体器官。目前三维打印机的分辨率对大多数产品来说已经足够，不过，这些打印出来的物品在弯曲的表面可能会稍微粗糙一些，形似图像上的锯齿一样。目前获取“更高分辨率”的物品的方法，通常采用3D 打印机打印出稍大一点的物体，然后经过表面打磨来得到表面光滑的“高分辨率”物品。
可自我复制的3D 打印机
2005 年，英国巴恩大学的教授亚德里安・鲍耶提出RepRap 项目，它的目标是制造“自我复制机”。RepRap是英文replicating rapid prototyper 的缩写，意思是“快速复制原型”。其实，RepRap 打印机就是一台3D 打印“母机”。它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出和自身结构相同的零件，用这些零件可以组装成和“母机”一模一样的“子机”，就像复印机所做的事情一样。
殷建华教授的人生经历了曲折、艰苦和成功的喜悦。殷建华教授出身于湖北省崇阳县白霓镇。白霓镇是鄂南因桥而兴的湖北古镇,历史悠久,源远流长,明嘉靖四十年(1561年)邑商熊白霓为方便百姓,捐资建桥于高堤河上,为铭善举,故以“白霓”命名,至今已有四百多年历史。白霓文化深厚,景观璀璨,是中国民间艺术――提琴戏之乡,广泛流传民间叙事诗《钟九闹漕》的产生之地。1977年在该镇大市出土的商代铜鼓,距今已有3000多年历史,成为崇阳古代文明象征。1979年,治内出土的兽面纹提梁卣是青铜艺术瑰宝,镇西南金城山上有宋太史黄庭坚读书的遗迹――金城墨沼,为“崇阳古八景”之一。建于后唐和宋代的崇阳历史上著名的水利工程石枧堰,远陂堰,至今已越千年;三国时期,东吴大将陆逊曾屯兵金城山;清朝晚期,将士与清军血战歇马山。建于明清时代的石板街,全长317米,青石路、朱大门、马头墙、斗拱楣,雕栏画柱,檐牙高啄,古朴黄雅,巷道曲折,斩纫巳,是中华传统民居之宝贵遗产。
殷建华教授小时候,在石板街上古色古香的居屋长大。他在镇上就读于白霓小学,1968年底随母亲李凤仪和哥哥殷建国从白霓镇下放到堰下乡第一生产队务农,便在这里上金城中学,之后去白霓高中上学,1975年高中毕业后回到堰下乡第一生产队。他在农村种过田,在大市渡槽工地当农民工,之后到青山第三级水电站工地指挥部当文宣员,直到1977年冬季参加“”后的第一次高考,考上重庆建筑工程学院(现并入重庆大学)。
刻苦学习
批判性思维 创新性实践
殷建华在重庆建筑工程学院水港系读航道与港口工程专业,以优秀的成绩于1981年底毕业,同年考上中国科学院武汉岩土力学研究所硕士研究生。从师于中国著名的岩土力学袁建新先生、袁先生1948考入土木系――1952年获学士学位。1956年入美国路易维尔大学土木系,1957年获硕士学位并受聘于美国波音飞机公司任副工程师。1958年底,袁建新先生通过印度驻华盛顿大使馆与中国国务院取得了联系,他冲破了重重阻挠,终于经香港于1959年元月抵达祖国。
殷建华在导师袁建新教授的指导下,顺利完成了他的硕士论文《土的非线性剪胀应力-应变模型》。他指出了当时非常流行的用于土石坝和地基有限元分析的邓肯-张非线性应力-应变本构模型中的缺点:此模型不能描述土的剪胀性和剪缩性。由此,殷建华提出了新的土的非线性剪胀应力-应变模型,作了试验验证,并将新的模型用于土石坝和岩土工程限元分析计算分析。
硕士毕业后,殷建华留在武汉岩土力学所工作,任助理研究员。作为“”后培养的第一批硕士生和年青研究人员,他参加了“”后的第一次全国土的剪切强度与本构关系会议。会议在湖北省武当山附近的老河口市召开。在会上,殷建华组织青年论台,积极发言,受到老一辈的欢迎与肯定。
1986年9月,殷建华通过考试与挑选,得到中国科学院的奖学金,被公派到加拿大曼尼托巴大学土木系攻读博士学位。在曼尼托巴大学他所有学的总共6门课,取得3个A+和3个A的优秀成绩,是班上第一名。由此,他得到大曼尼托巴大学外国学生奖学金。他的博士学位研究是在著名的James Graham 教授指导下完成的。James Graham 教授曾任加拿大岩土工程学会主席和加拿大岩土工程刊物的主编。殷建华博士论文题目是《土的时间有关的应力应变本构模型》。对于土的时间有关的应力应变特性的建模研究是一个活跃的有着长期历史的研究领域。早期的研究得追溯到十八世纪的Maxwell的流变模型和Kelvin的流变模型,许多中国学者在这个领域上也作出了巨大的贡献。但先前的工作或模型都有一些局限性。殷建华基于前人的工作、科学原理和对土的蠕变行为的基本理解,建立了一个新的一维弹粘塑性本构模型,即非线性流变模型,是对线性的Maxwell的流变模型重大发展。该模型描述了土在一维任意荷载条件下与时间有关的非线性应力应变关系。模型被试验数据验证并用于固结分析中。殷建华教授归纳和阐述了一个重要的土的蠕变特性,即土单元的蠕变率仅与应力-应变状态有关,而与加载路径(或加载历史)无关。该模型在提出之后又进一步得到发展,得到了更广泛的应用。他只用了3年7个月的时间便完成了博士学位课程与研究,取得博士学位。当时在土木系,他是最短时间内取得博士学位的研究生。
博士毕业后,殷建华博士在加拿大东海岸一顾问设计公司工作两年多,后在一研究中心工作两年,于1994年来到香港一顾问设计公司工作,1995年9月加入香港理工大学,从助理教授,副教授,到2002年成为正教授。
殷建华教授现成为香港屈指可数的专业人士、工程师。他的人生之路真实地写满了努力与奋斗!
人们都说,三分天注定,七分靠打拚。殷建华教授的人生恰如其分地演绎了这句话的含义,从而给我们一个有力地启发――做事情也好,做学问也罢,最重要的是靠自己的努力,坚持选择,并拿出坚持不懈的努力和奋斗的勇气!
而这,对于当下那些在生活面前彷徨无助,甚至开始困惑于自己专业选择的年轻学子们,尤其有值得思索的意义。
努力成材学贯中西
2004年7月19日。这一天,殷建华教授应邀回到他曾经读硕士和工作过的中科院武汉岩土力学所,为该所科研人员和研究生作了一场题目为“岩土工程发展过程研究方法、经验总结和个人体会”的学术报告。报告中,殷建华教授从土力学的发展过程、个人的求学经历、生活家庭的变化情况等几个方面向该所在座的师生们作了生动具体的介绍,并号召学生们抓住现在的好机会,努力学习,为国争光。
作为香港理工大学教授,知名的岩土工程师,殷建华教授经常应邀前往各高校作学术演讲或者学术报告,往往能够在高校引起强烈的反响,达到增进友谊、扩大共识、合作交流与共同发展的学术交流目的。但是,在中科院岩土所的这一场学术报告,带给学生们的意义却全然不同。
在中科院武汉岩土力学所学子们的心中,除了在学术的交流中增长见识外,他们的心中更受到一种精神的激励,情不自禁地升起对上进的强烈渴望,因为为他们作学术报告的那一位教授,曾经就是他们的校友――1984年的硕士研究生。殷建华教授于2002年被聘为武汉岩土所岩土力学重点实验室兼职研究员。在殷建华教授的心中,对中科院武汉岩土力学所是充满了感情,所以这样一场学术报告,他将自己的求学经历和学术结合在一起,浓缩了自己这一段学术生涯的风雨历程。那就是,从求学起,殷建华教授就一直用“努力”诠释着自己的人生价值,正如同他自己所说:“人的一生,全靠自身努力,唯有努力不懈,才能成功。”
纵观殷建华教授的求学经历,从学士到硕士再到博士,字面上一切一帆风顺,但是在实际生活中,却是要付出许多努力和汗水。
殷建华教授在大学时选择的专业,就是岩土工程。而岩土工程是一门很博大、很深奥的学问,以大学有限的知识面,去探索里面的奥秘,显然是很艰难的。因为一个系统的科学,就好像源头活水,支流旁支驳杂,衍生出很多很细的专业,让人难以一一追根寻源。殷建华教授坦白说:“在进大学之前,对于这个专业,其实我不大懂。”
但是进了这个专业,真正了解了这个专业博大的系统之后,殷建华教授也依然是坦然面对,在研究生专业的选择上,依然是选择岩土工程,只不过,这个时候经过大学的系统学习,对这个专业有了一个一般的了解,殷建华教授因此朝着专业细化地方向发展。对此,殷建华教授作了一个形象的比喻:“就好像建房子,不是一家两家公司,也不是一个两个专业就可以做出来的。建房子,除了地基和结构,还涉及到建筑学、机械工程、通风等一系列的学问。”
有人说,学习是一颗辛苦、无味的种子,埋藏在你人生路上,你只有用汗水浇灌,才能结出美味可口的果实。的确,在一般人心中,岩土工程这样的专业,每天要与数据打交道,时间长了会觉得索然无味,失去学习的兴趣。殷建华教授在选择武汉的中国科学院研究所之后,也是有过一阵子的迷惑,因为专业的细分远远不是大学时候所学可以比拟的。但是殷建华教授很快爱上了自己的专业,在他看来,这个专业是用来解决实际问题的,并不是很抽象,因此在长时间的学习中,他并没有觉得枯燥。或许是抱着这样的学习心态,加上自身刻苦的努力,殷建华教授取得了自己的进步,取得了让别人看得见的进步。因此在拿到硕士学位之后,得到中科院的选派和奖学金前往加拿大攻读博士学位。
努力付出往往和收获成正比。在加拿大留学的日子,殷建华教授不负众望,拿到了加拿大 Manitoba 大学优秀外国学生奖学金,所有功课都是班上第一名。之后,殷建华教授顺利地拿到了博士学位,成为一名学贯中西的专家学者。而对于许许多多正在求学的学子们来说,殷建华教授的这一段求学经历,却如同一盏明灯,驱散了那些学生心中的迷惘,激励着学生们努力、努力、再努力。
传道授业不懈求索
古人曰:师者,所以传道授业解惑也;现在我们说:教师是人类灵魂的工程师。从古到今,教师这个职业都是高尚的,受人尊重的。作为一名学贯中西的专家学者,殷建华教授最终将自己的角色定位在教师这个位置上,值得人尊敬。
选择在香港理工大学任教,殷建华教授并不自恃学问高就傲物,而是从低做起,踏踏实实,一步一个脚印,对自己负责,也对自己的学生负责,从助理教授很快升到了副教授,随后又在2002年升为正教授。
职称的飞快提升,是香港理工大学作为一所名牌大学,对殷建华教授最大的肯定;而殷建华教授在教书育人的同时,也真正实现了自己的人生价值,将自己的专业作出了最大的贡献。
当初,获得博士学位后,殷建华教授并没有急于回到国家,而是在加拿大东部城市的一个顾问设计谘询公司和一研究中心分别工作过两年。而移居香港后,也在一个顾问设计谘询公司工作接近一年。可以说,这几年的工作经历,使得殷建华教授所学的理论知识,在实践中得到了很好地印证,也很好地锻炼了自己的能力,更增强自己解决实际问题的能力。而这些,更为他成为一名优秀的教授打下了良好的理论与实际相结合的基础。
据了解,殷建华教授所指导的两大学生毕业论文连续两年 (1999-2000年, 2000-2001年)被香港工程师学会评为第一名,并得到奖金和证书。殷建华教授介绍说:“我们对教学很重视,也重视跟学生沟通。我们学校教学有一整套系统,很完善,也很出色,所以本科生从我们这里毕业都很有收获,在社会上也很有改变。”
优秀的教师,培养出优秀的学生,但本质上,殷建华教授也是一名优秀的学者。他担任高校联工程师联合会主席,将香港高校的许多工程界的朋友,汇聚在一起,在专业的碰撞间,实现联会对香港、对国家更大的贡献。
可以说,殷建华教授是国际岩土力学界十分活跃的青年专家学者,目前不仅担任国际岩土力学计算方法与进展学会副主席、国际岩土力学与工程学会会员、中国力学学会岩土力学专业委员会委员、中国岩石力学与工程学会及地面岩石力学与工程专业委员会委员、中国地质学会及工程地质专业委员会委员、香港力学学会委员等职务,同时还担任《加拿大岩土工程》学报副主编、国际《岩土力学与岩土工程》学报主编之一,美国《国际岩土力学》学报编委、国际《海洋地球资源与岩土工程》学报编委、《防灾减灾工程学报》编委、《岩土力学与工程学报》编委、《岩土工程界》编委、《结构工程进展》国际杂志编委。
积极参与国内、国际学术的同时,殷建华教授也有自己的学术研究,在科研上取得丰富的成果:首创性地给出等效时间定义和土的一维、三维粘塑性模型,并应用于土体完全耦合的固结分析;首创性地将Timoshenko Beam Model用于土工布加筋土地基模拟;提出有排水板和用非线性土的本构方程(维弹粘塑性模型)完全耦合的固结分析的有效的有限元方法;首创性地将填海造地工程和土的固结理论及分析与互联网结合。
其中,殷建华教授取得4项专利,出版了2本专着和编辑了3本书籍,发表了300多篇学术论文, 其中102篇学术论文在国际科学引文索引数据库中的科学期刊(Journals in Science Citation Index )上发表。
看上去，人们好像都知道一点力学，但您知道吗？“力学作为自然科学的第一个定量学科，发展至今，其现状与以前已大不一样，尤其在研究的深度与广度方面。今天我们的很多工程设计与对自然灾害发生发展规律的揭示及防治都需要高水平的力学研究去支撑，而不仅仅是弄几个力学专业词汇以至于没有深入的力学研究就能有效推动的，它需要创新来促使旧貌换新颜。”兰州大学土木工程与力学学院院长周又和教授一席话，代表了中国力学研究中坚力量的思考方向。
登上塔尖可以看到广袤的风景，站上巨人肩膀可以推动科学研究的快速前行，无论如何都要用尽全力向上攀缘才行。尤其在科学研究方面，更要用功、用心、用智，才可发现攀缘的阶梯。周又和与力学的渊源已30年有余，在力学的天地里不断地攀缘。追本溯源，他的历程是一条汗水凝聚着收获、前行伴随着思索、创新驱动着发展的奋发有为之路。
立志为学――开启人生精彩梦
周天寒彻何所依，又见彩虹艳阳起。和煦春风遍地吹，馥郁桃花满山。
诗言志，一首诗能够折射出一个人的所感、所想。2011年1月6日，周又和闲来写下了这首诗，以总结自己多年来的人生感悟。诗如其人，可以感受到，周又和在用心参悟生命，在用汗水铺就人生的精彩之旅。
周又和，1957年5月出生于湖北汉川的一个普通农村家庭。家中有兄弟六人，周又和排行第四，他上面还有一个姐姐，全家日子过得十分清贫。在上世纪60年代初，大哥考入初中学习，毕业前夕父亲突发重病，亲友们力劝父亲让大哥回家务农以缓解危难，但父亲不忍心让成绩优秀的大哥辍学。为了减轻家庭负担，大哥以优异的中考成绩考取了能提供生活费的孝感师范学校，毕业后当上了一名人民教师。但受温饱问题和“”的影响，大哥之后的两兄一姐的读书都止于小学。到周又和及其两个弟弟读书时，家中困境略有缓解，父亲就坚持让他们多读点书。所幸的是，他们因亲历农村的穷苦生活，所以立志发奋读书以改变贫穷面貌。这样，他家共有兄弟四人实现了读书的梦想，这在当地也算是一段佳话。
对周又和人生成长影响最深的是他的父亲与大哥，他们对于人生乐观向上的态度、敢为人先的干劲一直深深地扎在了周又和的脑海里。在当地，父亲周协堂是种田能手，上世纪50年代初期曾担任过合作社的蔬菜排排长，对于在何时何地种什么庄稼他都了然于心，精心耕作，成为生产队种田的“高级参谋”；那时，自留地是全家人生活的主要依靠，他也敢在自留地里种当地人没有种过的生姜与花菜等，并能获得好的收成。大哥周运和对工作一丝不苟，通过不断努力，能力持续得到提升，在上世纪70年代后期，他通过报考函授大学班获得了大学文凭从而圆了他的“大学梦”，从一名小学老师迅速提拔到初中、高中任教，恢复高考后成为县里有名的高中数学老师，90年代还出任过县重点高中汉川二中的副校长。父亲经常以大哥的优异成绩为自豪，并用大哥的范例来引导与教育其它小孩。受此影响，大哥带回家的数学书籍，周又和“偷偷”拿去学习，因此他从小数学成绩就拔尖。在“教育回潮”的1972年，周又和于当年春季进入高中学习，有幸遇上了抓基础教育质量的好时机。那时学校狠抓基础教育，经常进行课程单元考试，他的数学与物理成绩总是名列年级前茅。为此，任课老师还给他开小灶，将“”前高中课本中的一些较难习题给他做，他总能做出，深得老师的喜爱。得益于扎实的基础，在年底学校举办的高中一年级数学竞赛中，他以满分第一名博得头彩，由此奠定了他的自信心，“立志读书”的信念也在这时候悄然种下。1973年夏天起，受“”干扰，全国遍地搞“开门办学”，学校不敢再抓学习，但周又和始终坚守对学习的信念，支撑着他走过人生不平凡的岁月。哪怕在盛行“读书无用论”的年代，他也从未在学习上有过动摇，一路向上，翱翔书海。
在“”那个风雨飘摇的年代，除了生活困苦的磨难外，周又和遇到的更大苦恼是他继续深造的梦想遥遥无望。1974年7月高中毕业后，周又和回乡务农，这一“停滞”就是近四年。在此期间他干过各种农活，当过大队加工厂的“技术工人”，做过生产队的会计，还当过高中民办教师。一步步，他靠的都是自己的实力，小小的改进也给他以慰藉。对于能当上教师这一事，周又和还有一段“励志”经历。那是1976年，他当会计时，因为对数学的兴趣，一次在县城偶然买到一本西安交通大学编写的《高等数学》，喜不自禁。于是，就开始自学，认真做题。他发现书上多处习题答案出错，但又不敢相信会有此事。“初生牛犊不怕虎”，带着疑惑，他就大胆地给教材编写组写信求助，最终得到回复，他的解答竟是正确的！一名不到20岁的高中生敢于“挑战”大学教材，这在当时可是少有的事。这件事不仅让他极受鼓舞，也给了他很大的影响，以至上大学后，他凡事不崇拜、不盲从，养成了独立思考、敢于挑战的科学精神。也因为这件事，周又和引起了当地有关部门注意，1977年6月，他当上了一名高中民办物理教师。
科学的春天带来周又和命运的转折。深受“数学皇冠上的明珠”――陈景润的故事影响的他，在恢复高考的1977年，成功地考上了大学――踏上了恢复高考的“第一班车”，1978年春季进入大学学习。
结缘力学――奏响学海歌
力争上游竞，学海行舟引潮掀。前程宽广护天地，沿峭硕果令神叹。
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2011年3月17日，周又和又写下这首诗，以纪念自己力学学习与工作的34年，表达他对力学的赞美及对工作的总结和展望。有谁能知道，这样一位与力学有着深厚渊源的学者，与力学结缘，却是“机缘巧合”。
向来成绩优异的周又和如愿考上大学，进入华中工学院（现为华中科技大学）力学专业学习。这一专业并非他所填报的志愿，只因学校要加强力学师资培养，就在所报相近专业的优秀考生中挑选，这样他被调剂进入力学专业的师资班。周又和说他当时对力学知之甚少，幸运的是这一专业与数学有着紧密的关系，也算是能发挥他在这方面的特长，为学好专业课程发挥了作用，从此就开启了他的“力学人生”。
周又和抓住来之不易的机遇，发奋学习。当他得知数学和物理对所学专业的重要性后，除了学好力学课程外，也着力学好数学与物理课程，这为他日后的发展奠定了坚实的基础。还在大一与大二期间，学校先后组织了大学生数学与物理竞赛，他都积极参加。在数学竞赛中，他为班级获得数学竞赛三等奖，这是按班级参赛前五名考试成绩的总成绩确定的，他是其中五名之一。在物理竞赛中，周又和获得个人三等奖。他取得的这些好成绩，使他在大学期间开始崭露头角。在毕业前夕做本科毕业论文的四周内，指导老师让他就皮带弹簧振子系统自激振动极限环的存在性开展定性分析研究。周又和在得知该问题还没有解决后，他激情饱满，通过严谨的力学和数学分析，使这一问题得以解决，他的科研能力深得老师的赞誉。这一研究论文投到学术期刊《华中工学院学报》，并于1983年发表。这在当时的本科论文中并不多见，也让他初尝到研究成功的滋味。到大学毕业时，师资班中的学生只有成绩好的才可被选留任教。加上他的获奖与毕业论文研究所埋下的良好伏笔，他有幸留校任力学教师。
“前程宽广护天地，沿峭硕果令神叹。”正如诗中所描述的一样，随着研究的深入，周又和越来越深刻地体会到力学的博大精深与无穷奥妙，探求的欲望也日渐强烈。在不断攀爬象牙塔的过程中，累积了让他享用一生的宝贵知识财富。
1987年9月，周又和从华中工学院慕名来到兰州大学，在知名力学科学家与教育家叶开沅教授的指导下攻读博士学位。叶开沅教授是著名力学科学家钱伟长院士的得意弟子，我国第一个力学专业――北京大学力学专业的五位创办人之一，1956年获首届国家自然科学奖二等奖。此前，周又和参与的圆薄板大挠度非线性问题各种解析解法的收敛性证明与定量研究获得突出进展。由于求解非线性问题的解法都涉及到无穷展开或无穷迭代，其收敛性是判断和保证求解方法有效性的基本数学课题，当时没人做过这方面的研究工作，成为非线性科学的一个难题。他与郑晓静一道迎难而上，针对圆薄板大挠度非线性问题，寻找到严格的数学证明途径解决了这一棘手难题，使这一研究获得重大突破。这些研究成果赢得了非线性力学领域的著名科学家钱伟长院士与郭仲衡院士的高度赞誉，被认为是该领域“国内外少见的优秀工作”，“已处国内外领先地位，是五十年来该课题最完备的一项研究”。周又和的能力由此也深得叶开沅教授的赏识。在此基础上，叶先生安排周又和就航空仪表中的谐振压力传感器的力学特性开展研究。针对这一非线性动力学问题，周又和提出了自己的研究方法。首先将非线性动态解分解为静平衡部分与在此基础上的动力扰动部分，从理论上证明了静态解对小扰动线性自由振动固有频率的影响，从而确认了谐振压力传感器工作原理的可行性；随后，以静态非线性问题级数解法的高精度解为基础，对小扰动线性自由振动的振型函数采用幂级数展开后，提出的展开系数线性变换格式将所导出的无穷阶代数特征值问题转化为有限阶，从而使解的精度得到提升且计算量大幅减小；最后，采用奇异摄动法讨论了大振幅非线性振动的振幅对固有频率的影响。在这一研究路径下，他定量给出了振弦式与振膜式谐振压力传感器的高精度压力-频率特征关系，并给出了圆板受均匀面内压力的屈曲失稳临界值及后屈曲力学特征的定量结果等。周又和的博士生将这一方法还推广到热弹性非线性梁板结构与非线梯度材料梁板结构的力学特性分析中。他在这一领域的这两项研究成果先后获1992和1996年度甘肃省科技进步奖二等奖。
“机会总是留给有准备的人。”这句话用在周又和身上再合适不过。很多人在看到他的骄人成绩时，总会认为他的机会太好了，想啥有啥。但他心里很清楚，为了这些收获，他常常加班加点超常工作，付出了艰辛与努力。40岁之前，他很少在凌晨一点前睡觉，有时甚至通宵达旦。而每一项研究，都会遇到不少困难。对于困难，他敢于面对并给予有效化解。他说，“对于一名科研工作者，找可做的对象是困难，寻求解决途径是困难，学习新知识是困难，解决问题仍是困难，表达科研成果还是困难，周而复始。然而，人的能力就是在克服各种困难的过程中得以形成与发展的。”正是这种敢于直面困难的态度和乐于钻研的拼搏精神，使他打响了研究生涯的“重炮”――建立起了独立从事科学研究的能力。
跨出国门――攻坚克难勇往前
………………
光阴如箭穿心过，明媚日月照人还。
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1989年年底周又和获博士学位后留在兰州大学任教。随着薄板非线性力学研究取得重要突破带来的科研能力和自信心，他接下来的研究便一发不可收拾。1990年前，周又和就在思考转变研究方向。1985年美国机械工程师协会应用力学分会围绕“固体力学的未来发展趋势”撰写了十余篇综述论文， 其中4篇提到电磁固体力学为今后固体力学的新方向，指出“必须发展电磁力学理论”，“磁与力学耦合问题将是一个重要的研究领域”。在国内，当时这方面研究尚未展开。1991年，时任中国力学学会理事长的王仁院士在兰州参加全国现代数学与力学学术会议期间，得知周又和与郑晓静要开展这一领域的研究，就对他们的这一选择给予了极力支持和鼓励，使他们更坚定了信心。此后，周又和的科学研究也就是围绕这一与高科技密切关联的新兴交叉学科有针对性展开的。
当时，电磁固体力学遇到的主要问题有：铁磁梁式板结构在横向磁场中的磁弹性失稳临界磁场的实验结果远低于理论预测值，致使理论预测偏于不安全；铁磁壳的力学实验结果远低于理论预测值，且不同理论模型预测的结果相差很大；针对仿托卡马克聚变堆实验中超导磁体的磁弹性失稳临界电流的理论预测也与实验有较大偏差；上述两类磁弹性力学问题从弯曲发展到失稳的弯曲路径没有理论上的揭示；多场耦合非线性的定量分析方法很少，商业软件不能实现其定量分析等等。周又和围绕这些基础问题开展研究，逐渐发展到包括压电智能结构的动力控制，超导悬浮与断裂力学、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超磁致伸缩智能材料与控制等的建模及多场耦合非线性力学特性分析，小波方法及其在强非线性问题中的应用等等，均取得了突出成果。而这些新的前沿科学研究的成功探讨，要得益于周又和的“走出去战略”。
走出国门，是周又和实现科研跨越的一个重要历程。1993年9月至1994年7月，他作为访问学者在美国肯塔基大学从事合作研究。1994年7月至1995年7月，作为外国研究员在日本东京大学核工程研究实验室与国际电磁固体力学知名学者Kenzo Miya教授在电磁固体力学领域开展合作研究，取得有实质性进展的创新成果，促成日本应用电磁材料与力学学会于1995年和2007年两度向兰州大学捐资共400万日元设立优秀研究生奖励基金。1998年6―12月和2002年3～5月，他作为高级访问学者两度赴美国加州大学河滨分校与Q.Jiang教授开展合作研究。
从美国到日本，从压电智能结构的力学研究到铁磁、超导等电磁固体力学研究……周又和马不停蹄，尽自己最大可能扩展着前沿知识，丰富着所涉及的先进领域。很多人会诧异地问他：“只见过从日本转到美国学习深造的，为什么你要从美国这样好的环境跳出去到日本呢？”周又和的回答表明了他自己的态度：“当时纯粹从学术角度去考虑问题，从哪儿到哪儿无所谓，哪里能促进发展就到哪里，出国是为了增强能力、扩展视野。”
“认真钻研、敢于挑战”的科学精神和品格贯穿于周又和的整个求学生涯中。初到日本时，恰逢他的合作教授Miya出差欧洲，他没有因此受到影响，而是整日埋首于Miya教授研究组的书房中，阅读各种学术书刊。当时，一本国际学术会议论文集上发表的关于铁磁板在面内磁场作用下振动频率上升的实验研究，引起了周又和的关注与兴趣。在此之前，他对此也有过理论分析，所得结果为对应于固有频率下降的失稳，而实验结果却是频率上升。对于一位以理论研究见长的年轻学者来说，这是极好机会，因为实验结果是不容否定的，问题只可能出在理论模型或定量分析方法上。两周后，Miya教授从欧洲回到东京大学，周又和就向Miya教授提到了这一实验。在得知相关研究没有给出理论解释后，他表示想做这一问题的研究。对此，Miya教授既没有表示支持也不反对。因为Miya教授知道，这一研究难度相当大，他的研究组拥有最强的计算程序，曾开展过这一问题的定量计算，却屡试都没有进展。但周又和并不因此而退缩，反而更来劲，开始寻找突破口。不到三个月，他通过建立新的磁力表征模型就把这一问题解决了！当周又和将整理成的研究论文拿给Miya教授时，Miya教授十分惊讶：这位既不是学电力工程、也不是从事电力工程工作的中国年轻力学学者如此快速地解决了这一难题，所写论文中涉及的电磁学部分是如此严密和准确！而这一快速突破和严密准确的背后，是周又和在大学期间良好的电磁学与数学知识积累，当然更离不开他持续的付出和努力。回国后，周又和通过系统深入研究基本模型与定量方法，完全解决了这类铁磁材料结构磁弹性力学研究中所存在的基本问题。乌克兰力学学者Podilchuk等人在2005年发表的论文中对这类模型的研究进展进行评述时，将周又和的完整模型与这一领域的国际知名学者的其它模型并列给出，由此评述展示了周又和的模型是自Maxwell提出电磁应力张量以来该领域几项代表性发展中最新的一个。意大利学者Nobili等人在2007年发表的论文中评述这一磁固体力学研究的线性化处理所存在的缺陷后，采用了周又和中的观点指出“最后也是最重要的是线性假设导致刻画磁性体内的分布力有众多表征方式”。国际学者Soh等人在2007年的评述中指出，日本学者“Takagi等人完成了软铁磁板在沿长度方向的磁场中的振动，结果显示为磁化影响使得频率增加。”并通过引用周又和的，指出周又和发现了“经典磁弹性理论得到的由磁效应引起的频率是下降的。”随后又进一步指出，周又和建立的完整模型是“放弃了磁弹性应力张量，发展了一个类似于弹性应力的新的理论.由这一新的理论得到的结果可解释这一实验结果。
周又和研究组后来在超导力学方面的研究也是源自于在东京大学的工作。日本作为新能源装置的磁约束热核聚变反应堆开发研究的主导国家之一，对相关研究投入很大，东京大学在东海就建有一座小型的实验聚变反应堆供研究使用。虽然此前周又和知道一些这方面的信息，但身临其境更加深了认识，加之Miya教授继美国康乃尔大学的Moon院士后，也做了仿托卡马克装置中超导磁体磁弹性失稳的实验测量和理论研究。周又和在发现理论预测与实验结果有偏差，且弯曲过程没有给出理论揭示后，也同时开展了这一问题的理论建模和分析方法研究，追踪出磁弹性弯曲路径并得到失稳临界电流，所得结果与实验十分吻合。随后他又将这一研究推广到与日本名古屋在建螺旋型聚变反应堆相关联的超导磁体的磁弹性力学分析中。相关的2篇论文均在国际期刊Fusion Engineering and Design发表。回国后，除了将这一研究推广到动力特性分析外，周又和研究组还开启了超导磁悬浮、超导块材断裂、超导变形与超导特性的相互作用、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超导CICC导体复合股线等的力学理论与实验研究，取得了显著成效。有关超导磁悬浮动力特性的理论研究论文在学术期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity发表后，2008年获IEEE超导委员会这一国际学术组织授予的最佳贡献论文奖，他指导的超导悬浮力特性实验研究的博士论文于2010年获全国优秀博士论文奖。
此外，在日本期间，周又和对新兴学术前沿的敏锐能力也值得称道。Miya教授除了电磁固体力学研究外，开展的另一研究领域为无损探伤检测。当时，Miya教授的一名博士生正在采用刚刚形成的最新数学方法――小波理论来从事核电工程中金属结构无损检测方法的理论研究。由于小波理论对短时信号处理的有效性，这一新的数学方法得到了不同领域学者的广泛关注，以图改进和解决工程应用中的一些遗留问题，提高其有效性。但是，对小波理论的理解，需要有良好的数学知识，多数非数学专业学者刚入门时就往往被难住，加之当时数学界知道这一理论的人也不多。在此情形下，Miya教授虽已多次听取博士生的汇报，却一直没能理解和接受。1994年11月，周又和在得知这一情形后，以他数学知识的优势，结合傅里叶分析方法的相关特性，先从不同简单小波的特点、计算格式及应用举例出发，再到小波理论的一般框架及小波应用进行介绍，就容易理解了。在短短两周内，他写出了50页的英文小册子，Miya教授看后很快就理解了，随后安排他在研究组讲授。周又和回国后，将这一新的数学方法及应用给予了有效拓展。他与研究生一道将小波方法最先运用于梁板结构的力学分析以及压电智能结构的动力控制特性研究中，提出的延拓技术解决了小波方法应用于初、边值问题时的边界跳跃问题。基于小波理论建立的计算量小且精度高的拉普拉斯数值反演方法及改进的小波生成方法获得了英国、波兰、国防科大等国外国内动力学与控制学科学者的多次大篇幅采用，近期所提出的求解非线性问题的小波方法成功地解决了求解非线性问题的封闭性问题，为求解强非线性问题提供了通用方法。控制理论和控制工程知名学者柴天佑院士在发表的论文中指出，周又和他们“将小波理论中的函数逼近方法引入到压电智能结构的动力控制问题之中，得到了该领域理论研究的一种新思路”。
在去日本之前，周又和先是在肯塔基大学土木工程系从事其合作教授交给的扇形板力学研究，在不到二个月的时间就得到了满意的结果，其论文后来在Computer and Structures发表。一个偶然的机会，使他能师从压电智能结构动力控制的国际知名学者H.S. Tzou教授。1993年的10月下旬，周又和参加了肯塔基大学华人留学生会举办的一次聚会，认识了Tzou教授的一名博士生，得知Tzou教授正在物色合作者以开展非线性压电智能结构的力学特性的定量研究。结合到自己正要开展的电磁固体力学研究，他也想在这方面有所拓展。他也得知，Tzou教授已出版了几部专著，3篇论文获美国机械工程师协会授予的“Best Paper Award”奖励，要求的门槛很高，一般不轻易接受，因为要他提供资助。在周又和简要介绍了他在薄板非线性力学方面的研究工作后，该博士生答应转达周又和的意图。11月初，Tzou教授约周又和去面谈，当即答应次年起开始在他的研究组工作。到1994年5月底，周又和接到东京大学Miya教授的邀请函，欢喜不已。当时，Miya教授是日本应用电磁材料与力学学会的会长，Int. J. Appl. Magnetic Material & Mechanics国际学术期刊主编，国际著名电磁固体力学学者。出国前，周又和就与Miya教授联系过，想去他那里做研究，但一直没有收到回复。到7月上旬办好手续后，周又和于7月中旬中断美国的工作去了日本。这期间他与Tzou教授合作完成的三篇论文日后在国际期刊上发表，首次给出的非线性压电结构力学特征与控制特性的定量结果被后来的同行学者大量引用，其研究也为周又和回国后将小波理论运用到压电智能结构动力控制的理论研究和开展压电梯度功能材料的断裂力学特性研究奠定了基础。
在美国加州大学河滨分校机械工程系学术访问期间，周又和与Q. Jiang教授就旋转压电体表面声波的传播力学特性开展合作研究。这是Jiang教授正在开展的一项研究工作，主要为寻找新的旋转体转速测量传感器在力学原理上进行探讨，即建立表面波传播速度随转动角速度的变化特征关系。周又和进入后，针对这一力学问题从数学上证明了表面波的存在性，给出了波速存在范围的判别公式，定量给出了波速随转动角速度变化的特征关系，相关合作研究论文在The Journal of Applied Mathematics and Physics （ZAMP）学术期刊上发表。
从本科生到一名高校教师与在职硕士生，从华中工学院到兰州大学师从叶开沅教授攻读博士学位，从兰州大学留校任教再到赴美国肯塔基大学合作研究，从美国到日本，再到回国后又赴美国加州大学……周又和用近20年的时间画了一个“圆”，而这一“圆”里有丰硕的果实。周又和的科研之路，是一条伴随着面对一个又一个科学问题的挑战并将它们加以解决的绵延起伏之路。这样的循环在外人看来也许充满艰辛和挑战，但对他来说，正是这一次又一次的挑战成就了不一样的风景，使他的人生更为丰厚和挺拔，也使他的科学研究“开枝散叶”，“旧貌换新颜”。
立足国内――开疆拓土竟驰骋
………………
似曾相识非旧貌，锦色百花开满园。
1995年7月底回国前夕，周又和在日本突然接到大哥的信，告知父亲病重，于是返回国内就从上海直接赶往家乡看望父亲。看到父亲的重病不可逆转时，他伤心不已。陪伴两周后，在父亲坚持的下，他回到了兰州大学。8月底，父亲离世，这给周又和带来了沉重的打击。父亲在世时，周又和因工作太忙又远离家乡，没能尽到陪伴与照顾之责。对此，父亲总是说这没有什么，只要他们在外面好就可以了。在周又和的境况刚有好转时，父亲却离他而去。周又和每每想起父亲的谆谆教诲、养育之恩与大度情怀，就使他的内心不能平静。2011年1月11日，他还为父亲写下了题为《育儿成才之艰难岁月》和《思念与感激》的两首诗，用来表达他对父亲的思念与感激之情。他用繁忙的工作来减轻悲伤之情并用工作成绩来告慰父亲的在天之灵，进而使他的内心能得到安慰和平静。
周又和在处理完父亲的后事后，就立刻进入到工作状态，通过长期的持续不断努力，他推动了电磁固体力学中的压电智能结构与控制、铁磁、超导悬浮与断裂、常导磁悬浮、超磁致伸缩材料等先进材料结构的多场耦合力学研究的发展，解决了这些材料与结构多场耦合力学中存在的一些理论与实验不符问题，建立了有效的理论模型与多场耦合定量分析方法及程序，揭示出了一些规律。到1999年，周又和研究组在电磁固体力学领域的研究取得了显著的实质性进展，在总结这一阶段性研究成果后，他们撰写的《电磁固体结构力学》专著获国家科学技术学术著作出版基金资助由科学出版社出版。王仁院士欣然为这部专著作序，指出“近十年来，他们经过坚毅的摸索，已经深刻掌握了这门学科的全面情况，做出了许多创造性的成果……这方面的专著在国际上也少有，本书无疑将对我国开展这方面工作起到重要的作用”。周又和的这些研究成果也得到电磁固体力学的两位开创人、美国工程院院士、康乃尔大学理论与应用力学系的两任系主任Y.H.Pao教授及其学生F.C.Moon教授的高度赞誉。世纪之初，两位院士应邀到兰州大学讲学与学术交流。后来，Pao院士在给周又和的信中指出“兰州大学力学系，近以电磁力学之研究闻名国内。经与师生座谈，果然名不虚传”。
截止目前，周又和已主持各类研究项目30余项。正是他的这些丰硕研究成果，使他于1999年入选为第二批教育部长江学者奖励计划特聘教授，2000年获国家杰出青年科学基金，他领衔的科研团队于2006年入选教育部新世纪长江学者创新研究团队，2011年入选国家自然科学基金创新研究群体，2012年主持申报的“大型超导磁体结构力学分析”立项为国家磁约束聚变能发展规划专项的“托卡马克聚变堆关键技术研究”项目的一级课题，目前还主持超导力学研究的国家自然科学基金重点项目。已在Appl. Phys. Lett.、《中国科学》等国内外学术期刊和学术会议上表学术论文360余篇，其中SCI收录论文180余篇。主持的“电磁结构非线性力学”研究项目于2005年获教育部自然科学一等奖，参与的研究项目“中国北方沙漠化过程及防治”获2007年度国家科技进步二等奖；2007年发表在国际学术期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity上的研究论文于2008年获IEEE超导委员会授予的最佳贡献论文奖即Van Duzer Prize，研究项目“电磁材料结构多场耦合非线性力学行为的理论研究”获2008年度国家自然科学奖二等奖。
在不断推动电磁固体力学深入研究的同时，周又和研究组还结合我国重大风沙环境问题，开拓了风沙环境力学的研究。直到上世纪末，周又和他们的研究难度虽然不断加大，但主要还是在固体力学范围内。1999年，在强沙尘暴刮到北京引起中央高层重视后，科技部就此研究专门立项973项目。在加强力学基础研究的需求下，经过近十次会议论证，周又和最终争取到将他研究组主持的“风沙环境力学及土壤风蚀的定量研究”课题列入这一项目。
从力学层面上讲，风沙力学研究的主要难度在于沙粒散体与大气流体的相互作用还没有成熟的力学模型可资利用，从而使可控条件的风洞实验测量与野外观测之间无法关联，加上沙粒粒径与风速等的随机性、风流动与沙粒运动耦合作用的非线性，使这一研究难度剧增。针对这些存在的问题，周又和研究组同时从理论建模和实验两方面来展开研究。此前，周又和的研究一直在理论方面，使用国外的实验结果。随着研究的深入，开展实验研究进入了他的视野。兰州大学虽有一些力学实验设备，也只能供本科生教学用，少且老化，达不到科研的要求。同时，他还苦于实验研究人员的缺乏，虽有想法却一直没能展开。
周又和涉入力学实验研究是从参加一次风沙运动的风洞实验开始的，没想到也是一发不可收。2001年暑假，他带领两名研究生到离兰州几百公里的沙坡头开展风沙力学的风洞实验测量，中科院沙漠所也派了一名博士生协助实验操作，实验是在40℃的沙漠地带进行的。在开始实验前，需要对风洞进行无沙风速廓线测量的校准工作。哪知一连几天，计算机上显示的测量结果均不对，无论协助的博士生采用何种手段检查与调试，都没找出问题所在。就在学生们几乎要放弃的情形下，周又和以他在调试计算程序中排查错误的经验，提出检查方法与步骤，按此进行后，再开机测量，结果就正常了。随后，在了解实验规程的基础上，他对风沙力学测量的实验流程作出安排，在两周的实验测量后，回到兰州进行数据处理与分析。在这一过程中，周又和他们通过对输沙率廓线的实验数据经拟合再沿高度积分所得到的单宽输沙率公式，不仅可以提高实验结果的精度，而且还能给出这一物理量实验值随摩阻风速变化的关系式，这在以前是没有做到过的。单宽输沙率是土壤风蚀研究中的重要物理量，其随摩阻风速的变化关系一直是学界关注的话题。在当时，这方面的关系式已多达50余种，或经验的或半经验的，对于同一情形，这些公式的预测结果之间相差很大，可达2～4倍，这就需要高精度实验结果来检验它们的适用性。当周又和的研究生将数据处理结果提交到他手上，并报知可拟合出手头的全部实验结果但却不能反映风沙运动中实际存在的临界启动特征时，周又和对此不满足，亲自改进拟合函数的选择，使之能拟合出全部实验结果及特征。就这样反复尝试，一周后就得到了结果。这一研究成果于2002年发表在国际物理期刊Physical Review E上，评阅意见指出“这是一项引人关注且完整的研究，作者们给出了一系列给人印象深刻的实验，并积累了大量好的数据。受本领域经典工作的启示，他们拟合得到了切实可行的公式”。这一发表在国际物理期刊上的实验研究论文，既为他们日后的实验室建设及实验研究的展开，也为日后在国际物理期刊上发表近百篇研究论文开了好头，积累了经验。在此过程中，实验研究队伍也得以成长。
兰州大学的风沙环境力学理论研究也取得了长足的进展，这里我们介绍周又和在其中的一个方面――碰撞接触力学。风沙流中的沙粒在重力作用下落到沙床面经碰撞后的起跳初速度分布函数一直是风沙物理（即力学）研究中的基础物理量。周又和他们在立项973项目的课题时，就敏锐感知到这一力学问题的重要性。由于沙粒-沙床面碰撞过程具有随机性，此前他没有涉足过随机性问题的研究，一时难于下手。于是，他一方面找来随机过程与数理统计教科书学习，另一方面与在美国从事非线性随机动力学与控制研究的Sun教授联系，于2002年通过国家自然科学基金海外青年学者合作基金的立项来开展合作。2003年暑假，Sun教授应邀来兰州大学讲授《随机振动基础》40小时，周又和除了将这一英文讲稿复制给所有听课人员外，还坚持全程听课。此后不久，周又和就弄清了研究颗粒随机碰撞的方法与途径，与研究生一道成功地建立了这一问题的唯象模型，给出的理论预测结果能很好地对实验给出有效预测。除了采用唯象模型的方式来研究沙粒碰撞起跳初速分布函数外，2003年周又和还安排他的一名博士生采用离散动力学方法在大量随机碰撞的数值实验基础上通过统计方法来给出。除了对所研究问题给出了一新的统计公式外，获得的一些起跳特征整理成论文投送到地学权威期刊Journal of Geophysical Research，评阅人在同意接受发表的同时，提出了所采用的最基本两颗粒碰接触力模型中的等效参数如何得到的问题。此前，博士生曾告知这是程序中的，文献中也是如此。虽然论文得以接受发表，但周又和对此要弄个明白，于是就自己推公式。真是不推不知道，一推放不了。他调阅文献发现，目前宏观离散动力学方法（也称离散单元法）具有广泛的应用，包括岩土、泥沙、风沙、水沙、建筑桥梁结构接头处受强地震的连续碰撞毁损、粒料输运等领域都在应用这一方法开展研究，其中所采用的碰撞接触力模型为线性刚度线性阻尼模型，输入的碰撞恢复系数为常数，后者在所有的物理与力学教科书中也是如此表述的。然而，周又和从《弹性力学》教材中很早就知道，两圆球（或颗粒）静态接触力在线弹性范围内于100年前就由德国学者赫芝给出了解析解，其接触力随接触位移的变化呈3/2次幂的非线性关系，即刚度是非线性的，从而引起了周又和的兴趣。与此同时，他还得知，从上世纪40年代后期开始，就有实验结果显示出恢复系数随碰撞速度的增大而减小，即不是常数。直到2005年，美国、德国和波兰等国学者还在开展颗粒碰撞恢复系数随碰撞速度变化的基础实验测量和接触力表征模型的理论研究，只是各碰撞模型的预测结果与实验相差太大。到2006年，周又和针对碰撞的力学基本过程，在考虑弹塑性变形后，成功地建立了一碰撞接触力模型，使现有恢复系数随碰撞速度变化的实验结果得到了很好的预测。这一研究结果被德国佛莱贝格工业大学岩土工程研究所所长、欧洲离散动力学方法及程序应用推广中心负责人Konietzky教授知晓后，主动与周又和联系开展合作，2007年专此来兰州大学讲学。Konietzky教授是采用离散动力学方法从事岩土力学研究的国际著名学者，2010年他申请到德国科教部的国际合作项目，用于与周又和开展学术合作与学术交流。2011年11月，周又和率团赴德国报告了这一工作，后经Konietzky教授推荐，周又和于2012年10月在该校召开的国际学术会议上作大会报告。
最近，周又和研究组将离散单元法的研究拓展到复合超导CICC导体的横向压力-位移特征的理论研究中，成功地对实验结果给予了理论揭示。CICC导体是ITER核聚变新型能源装置中产生超强磁场的大型磁体的基本结构，目前，ITER建堆与运行预算投入100亿欧元，我国是这一大型新能源实验装置国际合作研究的七方国家之一，承担10%的费用。因为ITER装置内要求达到11特斯拉的超强磁场，超导磁体在强磁场作用下的力学变形与超导性能退化就成为这一装置的设计功能能否实现及其后功能提升的主要课题。经对超导CICC导体样品在类ITER磁场环境条件下的实验测量表明，目前设计制备出的样品只能运行6000次左右，远低于预期要求的2～3万次。其次，目前针对提高运行次数的力学设计理论所得结果也与实验结果相反，即理论预测为增大绞缆节距可升高运行次数，但实验却是降低。为此，相关工程界与理论界正在寻找新的有效力学方法，以期希望能解决这一问题。在2012年5月他们将这一研究论文投到国际期刊Superconductor Science and Technology后，论文送到国际ITER超导磁体设计总负责人Around教授评审。Around教授看到针对这类问题研究的这一新方法后，主动与我国科技部ITER中心联系，希望进行直接交流。经科技部ITER中心的协调与安排，在Around教授的技术代表Denis博士来甘肃白银检查超导绞缆制备工艺期间，7月2日，周又和带领七位教师与研究生前往白银长通电缆厂，与Denis博士、中科院等离子研究所的研究人员、长通电缆厂的技术人员、科技部ITER中心的管理人员一道就这一研究的深入展开进行了交流与研讨。2012年10月，这一论文正式发表。
目前，兰州大学在电磁固体力学与风沙环境力学两个研究领域都建立起了能开展实验研究的实验室，还建有风沙野外观测台站，累积设备费2000多万元。相关理论与实验的基础研究已纳入到周又和主持的“复杂环境与介质相互作用的非线性力学”国家创新研究群体，并获得国家自然科学基金重点项目等的资助。在科技部相关重大研究计划的支持下，他们正紧密围绕国家重大需求来展开这两大工程领域的关键力学研究。周又和研究组仍在不断努力，以期通过他们的研究来提升我国在这两大工程领域的科学技术水平。
夯实基础――教书育人谱乐章
甘坐板凳十年冷，追求一流代代新。
何惧征程险难阻，收获自有后来人。
2011年4月24日，周又和赋诗一首，表达自己在办学上的所思、所为、所获的心路历程。从1989年底博士毕业后留校任教至今，周又和在兰州这片热土上，见证了兰州大学力学学科发展历程；同时也作为重要推动者之一，亲历了这一学科的重塑、发展、强壮。
兰州大学力学学科创建于1959年，在叶开沅教授带领下，1981年固体力学硕士与博士学科培养点获国务院学位委员会批准设立，1986年独立建系。叶开沅教授相继培养出刘人怀院士、郑晓静院士、孙博华院士等杰出人才。
“江山代有人才出”，“长江后浪推前浪”。到上世纪90年代中期，一批教师相继调离或退休，兰州大学力学学科的发展也一度成为关注的话题。1995年7月，周又和从国外返回兰州大学，开始了推动力学教学与科研工作的发展，并逐渐发展成为这一学科的领军人才，建立起了一支队伍。
“高水平的科学研究需要高素质的人才，而高素质的科研人才则有赖于高水平的本科教育与研究生培养，这就需要将本科教学、研究生培养、科学研究、队伍建设作为统一的整体来综合考虑与实施”。周又和不仅这样讲，而且着力用心去实践。在总结现代高等教育成功经验的基础上，面对西部的现实环境，将本科教学、研究生培养和队伍建设作为统一体系来实施，从而在教书与育人两方面都取得显著成效。
30年的教师生涯，周又和边走边看，边学边思，总结出了一套属于自己的“教学经”。他把最美好、最宝贵的时光奉献给了大西北，奉献给了高等教育和科学研究事业。他用自己丰富的智慧、渊博的学识、坚定的信念和无私的奉献，引导学生树立报效社会的责任、敢于担当的志向和坚实深厚的能力。他对待教书和育人始终一丝不苟，将科研精神与科研成果有机地融入到教学实践中，培养学生的创新能力和科学精神，不断激发他们的学习激情。
早在1982年周又和任教于华中工学院期间，他除了教师职业的自豪感外，更多的是深感责任重大，至少不能误人子弟。为此，他在任《理论力学》课程辅导老师的三年中，除了完成好辅导老师的任务、从老教师那里学好教学方式方法外，还主动做完了原苏联《理论力学习题集》中的4000多道题，从而对这一课程的掌握有了全面的提升。周又和备课认真、推导严谨、思路开阔、深入浅出，加上热情辅导和作业全批，教学效果深得学生好评。1986年，教研室从北京弄到一份《理论力学》教学评估的统考试卷，用于同期四个大班的期末考试。考试下来，按大班与小班成绩排名的第一都在周又和主讲的班上，在四位主讲教师中他是最年轻的。这一“果实”的得来，与他对这一课程的用心钻研分不开。此前，他认真参考不同教材，从各章节内容的衔接、体系布局、例题与作业题精选，到斟酌有关内容表述的科学性和可接受难易程度，都细致过滤了一遍，获得认可后形成自己的讲稿与讲授方式。就是在此期间，他发现教材中多个地方的表述不精确，就写下注记一直保存着，直到2006年他在兰州大学再讲这门课程时又进行修改，并于2009年发表在《力学与实践》上。也是在华中工学院期间，他看到《力学与实践》上就动矩心的动量矩定理的公式如何正确表征开展持续讨论，但没有达成统一认识与表征公式。他就从严格的矢量表征方式出发导出了统一的表征公式。这一教学论文投到《力学与实践》后，于1990年发表，从此这一问题就没有再讨论了。这些，也为周又和主讲的《理论力学》在2007年入选国家精品课程和他本人于2008年获高等学校“国家教学名师奖”奠定了基础。
截至目前，周又和已为本科生主讲8门课程，累计3000余学时；为研究生主讲7门课程，累计2400余学时。在主管力学系后，周又和在坚持为本科生讲课的同时，还按力学学科的认知规律，主导了本科生培养方案与各课程教学大纲的修订，加强了实践教学、实验教学和科研训练各环节，增设《力学与工程概论》课程并制作该课程的PPT为学生讲授，提出由硕士学位以上的新留教师担任班主任，设立本科生科研基金，亲自听课并奖励优秀授课教师，要求教授与副教授既要做科研也要为本科生讲课，等等。正是这些得力的措施和实践，使得培养的本科生成为优质研究生的主要来源。在研究生培养中，他将科学研究与研究生的科研能力、科学精神培养紧密结合在一起，从研究生培养方案制订到培养过程各环节，他都亲历亲为，给出有见地的建议性意见，鼓励学生要敢于创新和善于创新。正是这样，周又和的研究范围越扩越大、越做越深，研究队伍也日益壮实。
“春播桃李三千圃，秋收硕果香满园。”周又和多年在教育上的努力和付出换来了硕果满园。2000年获宝钢教育基金会“全国高校优秀教师特等奖”，2006年被中国科协授予“西部开发突出贡献奖”，被中国教科文卫体工会授予“全国师德标兵”称号。主讲的《理论力学》于2007年入选为国家精品课程，2008年获国家级“高等学校教学名师奖”，主持的“理论与应用力学创新人才培养团队”于2008年入选国家质量工程的教学团队， 2009年获教育部授予的“全国优秀教师”称号，主持的本科教学研究项目“高水平力学人才培养与教师队伍建设的互动模式及实践”于2009年获国家教学成果二等奖，他指导的20篇博士学位论文中，有两篇分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖，直接培养和协助培养的博士中7人入选为教育部新世纪优秀人才支持计划、8人成长为教授，成为兰州大学力学的骨干力量……
回首30余年的教书育人工作，面对一张张年轻探索者的面孔，周又和一直告诫学生，要想发展、做出成绩，就要敢于超越前辈老师，至少要敢于超越眼前“高不可攀”的老师，无论何时、无论何地，都要有这股劲。看到学生们一个个成长成才，他欢喜着，更期待着。
扎好围栏――领航管理出奇效
听天门长啸松涛依旧
凌绝顶远眺风物日新
2011年6月23日，周又和就他领衔申报的国家创新研究群体现场答辩完后，他等待着。次日上午得知成功后，就利用空出的一点时间去登泰山，抄下了山顶南天门的这幅楹联。想起自己的点点滴滴，他感慨良多，哪样的进步不是蕴含在这绝妙的楹联中！人生中的种种“风物”，又何尝不是阵阵“涛声”的回响！眼前“涛声”的喜悦，更让他深感寻找“绝顶”去发现新“风物”的重任。
“要将一个学术单位搞好，尤其作为高校，形成良好的学术氛围对于快速发展是极其重要的。这就需要我们的管理人员懂得教学、科研与人才培养规律，具备公心和敬业精神，在吸取现代高等教育成功经验基础上，面对遇到的现实问题提出切实可行的办学思路和采取行之有效的措施，才有可能带好队、办好学。”周又和如是说。周又和进入管理并不是他刻意追求的。在2000年他获得国家杰出青年科学基金并担任长江学者特聘教授后，学校为结合应用研究发展的需要，推动工科发展，决定办土木工程专业。2003年学校准备成立工学院，请他出任院长，被他婉拒。这样，从2002年开始招生的土木工程专业就只好挂靠在力学系。此前的1999年6月，他接受了没有行政级别的管理工作――力学系主任。他从本科教学各环节、研究生培养模式的改进、科研氛围的形成、教师队伍建设的思路、实验室建设等方面，都提出了新的有效办法，并逐渐得以推进实施，不仅使力学学科得到了快速发展，而且也使后来学院的其它学科得到了有效提升。
周又和出任力学系主任后，改变了力学学科长期没有扩展的局面。1999年底，他主导申报的固体力学成为甘肃省重点学科，2003年新增工程力学硕士学科点，2004年新增力学一级学科博士后科研流动站，2005年新增工程力学博士学科点，同年力学一级学科硕士点获批设立。
2005年6月，面临新办土木工程专业急需步入正常的迫切要求，兰州大学最终做出决定：将力学学科与地质工程学科、土木工程学科一道成立土木工程与力学学院，让周又和出任院长。他从学校大局出发，接受了这一任命。对周又和来说，这绝对是个挑战。新组建的学院面临重重困难，尤其是新建土木工程专业缺少足够的师资和设备。当时，学院教师只有31人，实验设备老化，连本科实验教学都不能维持。周又和面对的首要问题是如何撑起学院并使之发展壮实。他说，“在其位，就要谋其政，而且要谋好政、善于谋政”。周又和接任院长这一重任后，就一直思考着学院的发展方式与实现途径，在不同阶段提出相应的发展措施。通过深思熟虑，决定采取逐步发展的长远策略，并将队伍建设始终放在首位。他通过主持的211工程和985工程的建设项目，将学院的其它学科纳入到力学的建设平台，使它们也能得到发展。2005年下半年，学校投入400多万元建设教学实验室以备国家的教学检查，他综合考虑三个学科的本科生实验教学需要，领衔组建了工程实验中心。在他的建议下，有些设备选择了较高性能，可开展一些科研与社会服务的实验测量。建成后，他亲自带领全院教师参观实验室，让实验人员讲解各仪器设备的功能，以便老师们使用。就这样一步步，在保持力学学科发展的同时，也使原本基础薄弱的土木工程学科和地质工程学科通过夯实基础，呈现出阶梯式良性发展的格局。
周又和主持学院工作以来，学院的学科建设、科研平台、教师队伍、科学研究、人才培养各方面都取得了骄人的成绩。在本科生人才培养方面，2005年底申报的“理论与应用力学”本科专业成为甘肃省人才培养与科研基地，2009年工程实验中心成为甘肃省本科实验教学示范中心，2010年“理论与应用力学”本科专业入选国家特色专业建设点，此外，还建成国家精品课程1门、省级精品课程4门，获国家教学成果二等奖1项。在学科建设方面，2005年底力学一级学科成为甘肃省重点学科，新增防灾减灾工程及防护工程硕士点，2007年固体力学成为国家重点学科，2008年新增结构工程硕士点，2009年新增地质工程学科博士后科研流动站，2010年力学一级学科博士点、土木工程一级学科硕士点获批设立，2012年新增地质工程一级学科甘肃省重点学科。在科研平台建设方面， 2005年凝聚学院力量申报的“西部灾害与环境力学”教育部重点实验室被批准建设，周又和任主任；2007年协同甘肃省地震局一起申报的“兰州地球物理”国家野外科学观测站被批准建设，周又和兼任副站长；2007―2008年由周又和领衔协调校内其它学院一起申报的“特殊功能材料与结构设计”教育部重点实验室（B类）被批准建设，周又和任学术委员会主任；2009年学院协同敦煌研究院等单位一起申报的“国家古壁画保护工程研究推广中心”被批准建设，周又和兼任副主任。在教师队伍方面，目前学院有教师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长起来的，并建成一个国家质量工程的教学团队（2008）、一个教育部长江学者奖励计划科研团队（2007）和一个国家创新研究群体（2011），国家教学名师1人（2008）。在科学研究方面，建院来3项科研成果获国家自然科学或科技进步奖二等奖、2项获省科技进步奖一等奖，承担国家与地方的科研任务都显著增强增多，2012年的科研经费较建院初的2005年增长了2倍多。在研究生人才培养方面，培养的两名博士分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖。这一系列办学指标，已使土木工程与力学学院名列兰州大学的前列。
如果说教学与科研为“双肩”，那么管理与教研又为“双栖”。事实上，无论是教学、科研还是管理，无非是能力的使用与贯通。对周又和来说，自己就是一粒“种子”，放到哪里，就要在哪里好好“生根”、“开花”、“结果”，而“收获自有后来人”。
