你知道波纹吗?如果你朝平静的湖面扔一块石子，就会看到圆形涟漪一层层从中心向外移动，这就是我们常见的水波。但是你知道吗，弹性波不仅存在于水中，在各种材料中也都存在，它的原理其实很简单，当弹性介质中某处物质粒子离开平衡位置时，这个粒子在弹性回复力的作用下发生振动，同时又引起周围粒子的振动，这样形成的振动在弹性介质中的传播过程就称为“弹性波”。
南京航空航天大学的钱征华教授就是一位长期从事弹性波理论及应用基础研究的专家，近年来他重点聚焦于压电声波器件的波动及振动分析方法、波导结构减薄缺陷的定量化超声无损检测理论与方法、复杂结构与材料中的波动频散方程求解算法开发及应用等方面开展科学研究，取得了系统性的科研成果。
2023年钱征华教授在浙江省湖州市练市一中开设科普讲座
结缘弹性波科研结硕果
钱征华是一名“八零后”，从小他就对生活中那些有趣的现象着迷，尤其是中学阶段对物理产生了浓厚的兴趣，之后钱征华顺利考入西安交通大学工程力学系。对于力学专业的学习，钱征华骨子里有一种拗劲，这在他的大学时期就表现的淋漓尽致，一定要把这门专业学到极致。于是，他在西安交通大学一口气本硕博连读，并且在硕博期间发表了多篇科研论文，获得了导师们的诸多赞誉。
博士毕业后，钱征华在导师的推荐下获得了前往日本东京工业大学任JSPS外国人研究员的机会，首先从事的就是复合材料结构中弹性波传播行为的理论研究。因为研究表现优异，他于2009年5月起受聘为东京工业大学都市地震工程研究中心G-COE研究员，主要研究地震波在复杂地层结构中的传播行为，并开始转向工程化应用。
在日本留学期间，钱征华耳濡目染，感受到了先进科研的魅力。为了推动国内科学的发展，2012年他正式回国，进入南京航空航天大学工作，受聘为江苏特聘教授，开启了新的征程。回国以来，钱征华主要围绕弹性波理论与应用基础这个中心开展研究工作。
据钱征华介绍，弹性波的研究虽然很早就有，但是他的研究目的主要是为了将其应用于工程实际中。比如，随着工程应用复杂性的增强，所需材料本身的组分也会变得更复杂，原本在简单金属材料中适用的弹性波传播理论，到了复杂材料中就未必适用。这个时候，通过研究波导结构或者复合材料结构中弹性波的传播行为，发现结构缺陷对波场的影响规律，就可以进行复杂结构与材料中缺陷的定量化无损检测。
超声导波在无损检测及结构健康监测技术中有着广泛的应用，如管道运输、桥梁建筑、铁路交通及航空航天领域。近年来，随着复合材料的广泛应用，对复合材料进行导波无损检测的需求也日益增加，与传统的金属材料不同，复合材料具有更强的各向异性，且很多情况下需要考虑粘弹性效应。传统导波检测技术难以找到能够直接适用于缺陷边界积分方程的波传播基本解，并且复合材料中导波模态更为复杂而不便于直接利用。
鉴于此，钱征华带领团队提出了一种全新的缺陷定量化无损检测的超声导波方法，该方法虽然仍以缺陷的边界积分方程为基础，但是克服了一般基于导波的缺陷检测方法中的常见难点，那就是它既不需要求解被检测结构中的波传播基本解，同时，也弱化了缺陷散射场的波恩近似，这就意味着，该方法能够适用于绝大多数波导结构中缺陷的定量化检测。
此外，钱征华还提出了一种用于弹性波传播行为弥散特性求解的通用计算方法，使其能够适用于复杂材料与结构，并开发出了相应的波动弥散曲线计算软件，用于对标英国帝国理工大学的DISPERSE软件。该算法已被应用到法国欧洲科学中心的一项课题研究中，针对A380客机短舱复合材料面板进行缺陷检测，利用钱征华提出的算法，成功实现了对该复合材料面板中弹性波传播特性的准确分析计算，为开展超声无损检测技术的研究扫清了障碍。为此，钱征华还被邀请以答辩委员的身份参加了法国欧洲科学中心的博士论文答辩，这是一项具有里程碑意义的工作，让钱征华和团队备受鼓舞，科研士气大增。
2021年研究生毕业季，钱征华课题组师生合影留念
科研新方向创新领未来
其实，弹性波研究涉及到很多应用，缺陷检测只是钱征华团队的研究方向之一。随着信息通讯技术的发展，人类已经进入信息化时代，电子器件逐渐向着微型化、集成化、高频化发展，但是传统的石英晶体和陶瓷谐振器受到材料本身工艺的限制，难以满足新型谐振器的发展需求。
近年来，一种名为薄膜体声波谐振器(FBAR)的新型谐振器产品成功问世，它是基于压电薄膜制备的体声波谐振器，经过研究人员评估，在多方面表现出超越传统谐振器的工作性能，成为高性能无线通信领域的重要支撑产品。但是在此领域，我国的相关研究跟西方先进国家相比较弱，在产品性能一致性和正向设计能力等方面欠缺较多。钱征华和团队经过市场调研，发现相关产品95%以上的份额都被欧美几家公司垄断，国内还缺少真正能够占领FBAR市场份额的企业。
因此，钱征华团队选择了薄膜体声波谐振器作为新的研究方向，他们从基础的频散关系出发，结合压电声波器件的经典振动理论，通过对不同振动模式的深入研究，获得了对薄膜体声波谐振器振动特性的系统认识。据钱征华介绍，与传统谐振器相比，薄膜体声波谐振器的结构更为复杂、工作频率更高、耦合模态种类也更多，因此，传统谐振器的结构振动分析方法对其并不适用。所以，他们提出了适用于薄膜体声波谐振器结构分析的两种二维振动理论：基于幂级数展开法的高阶板理论，以及基于小扰动假设的二维标量微分方程理论。前者侧重于对工作机理、物理规律等进行理论探讨，后者则能够成为三维实体器件模型定量化仿真分析的可靠工具。现如今，在薄膜体声波谐振器理论分析和建模研究上，钱征华团队已经成为国内的佼佼者，科研成果遥遥领先。与此同时，他们还与中国电子科技集团公司第十三研究所、华为技术有限公司、宁波大学等开展了合作，在相关专利、软件著作权等的支撑下，希望能够在工程应用中取得更大的进展。
此外，钱征华也在积极拓展新的科研方向，其中之一就是带领团队研发“航空发动机油液磨屑在线监测系统”，旨在实现滑油系统磨屑的实时在线监测，对航空发动机滑油系统的运行维护做到更加精细化的管理，帮助运维人员采取更加积极主动的维护策略，进一步实现航空发动机突发故障的预判和预警，从而提高航空发动机的服役可靠性。
这些年来，秉承着“学到极致，干到前列”的理念，迄今为止，钱征华已经主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、装备发展预研基金、航空科学基金、华为技术有限公司委托开发等项目30余项。相关研究结果已在力学、机械和声学等领域国内外重要学术刊物和学术会议上发表第一作者和通讯作者论文200余篇，其中SCI检索论文140余篇，论文总引用千余次。获授权国家发明专利13项(含美国发明专利1项)，登记软件著作权8项，出版中文专著4部，受邀撰写英文专著三章。近年来，钱征华因突出的科研成果和贡献，相继获得教育部新世纪优秀人才，以及江苏省“双创人才”、江苏省自然科学基金杰青项目、江苏省“科技副总”、江苏省“333高层次人才培养工程”、江苏省首席科技传播专家等荣誉，并先后当选俄罗斯自然科学院外籍院士和乌克兰国家工程院外籍院士。
天道酬勤终有时，道阻且长戒骄躁。钱征华将会用自己一生所学深耕于科研土壤之中，用心浇灌、勤奋努力，瞄准科研新方向，创新引领未来，助力祖国科技强国梦的实现。
2023年钱征华带队参加全国人工智能应用场景创新挑战赛的合影
