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李疆副教授在《美国科学院院刊(PNAS)》上发表有关冰润滑运输故宫巨石的论文

 近日,我校机械工程学院 李疆 副教授与清华大学摩擦学国家重点实验室、美国普林斯顿大学机械与航空系合作,在冰水界面润滑研究领域取得突破。该研究揭示了在低速重载情况下冰水界面的转化条件和润滑机理,并从成功地解释了故宫大石雕的运输过程。

  在机械工程发展史上,一般认为古亚述人利用圆木滚子的滚动摩擦方式比古埃及人使用木撬的滑动摩擦方式先进。尽管古代中国在公元前1500年左右已出现了带辐条的轮车,然而在明代(1516世纪)建造紫禁城的过程中,仍然使用了滑动摩擦方式运输巨石。论文研究结果表明,明代工匠已充分认识到了低速重载的工况下,滑动摩擦方式比滚动摩擦方式具有更高的承载能力和更好的安全性,从而选择以滑动方式运输巨石替代技术成熟的轮车;冰水混合滑动润滑技术比其他润滑方式以及普通的冰面润滑方式具有更低的摩擦系数;在明代北京的气象地理条件下,润滑水膜在低速重载的工况下得以维持,保证了冰水混合滑动润滑技术的实现。上述低速重载下的冰面润滑技术的研究,是对目前冰上竞速运动等高速冰面润滑技术研究的充分补充,同时,该研究对中国古代科学技术史和建筑史也具有重要价值。

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不同润滑条件下的滑动摩擦系数及所需人力的比较
李疆2.jpg
故宫太和殿前石雕


  
研究成果以《Ice lubrication for moving heavy stones to the Forbidden City in 15th- and 16th-century China》(15-16世纪中国故宫巨石运输中的冰面润滑技术)为标题[1],于2013115日发表在国际顶级学术期刊《美国科学院院刊》 (PNAS,影响因子9.68) 上。《自然》(Nature)、《科学》(Science)、《国家地理》(National Geographic)、《中国日报》(China Daily)和新华社等十余家科学网站和新闻社对此研究成果进行了报道。论文的第一作者是李疆副教授,与清华大学摩擦学实验室陈皓生副研究员和美国普林斯顿大学 Howard A. Stone 教授合作完成了此项研究。

[1]J.Li,H.Chen,H.A.Stone.Proc.NatlAcad.Sci.USA,2013,http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1309319110

主要新闻报道链接:
1. Nature
(自然): http://www.nature.com/news/ice-proved-cool-way-to-move-stones-for-forbidden-city-1.14090 
2.Science
(科学):http://news.sciencemag.org/asiapacific/2013/11/scienceshot-icy-road-forbidden-city 
3. National Geographic
(国家地理)
http://news.nationalgeographic.com/news/2013/10/131104-china-ice-road-forbidden-city-culture-science/ 
4. New Scientist
(新科学家)
http://www.newscientist.com/article/dn24517-forbidden-city-builders-chose-ice-sledge-over-wheels.html#.UngqPMqS3IV 
5. NBC
(美国全国广播公司)
http://www.nbcnews.com/id/53459498/ns/technology_and_science-science/t/chinas-forbidden-city-built-giant-sliding-stones/ 
6. NPR
(美国国家公共电台)
http://www.npr.org/2013/11/04/242305465/howd-they-do-that-the-story-of-a-giant-rock-and-a-road-of-ice 
7. BBC
(英国广播公司)
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-24772077 
8.
中国日报欧洲版:http://europe.chinadaily.com.cn/china/2013-11/06/content_17083987.htm
9.
新华网:http://news.xinhuanet.com/local/2013-11/05/c_118011180.htm

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