搞科研是在搞什么

-前言-

这一篇从1月底开始构思

三月中开始采访

四月中开始整理

横跨好几个季度……

以至于后期我对它产生了深深的厌恶之情

所以可能导致图越画越丑，文字越来越无趣

文章的长度也决定了这是一篇99%的人都没有耐心看完的文

（不算图有八千多字）

可以选择直接滑到最后打赏

为了提升可读性，后面几天我会把这一篇拆成好几篇再发一遍

（为了增加发文频率）

-阅读指南-

朋友圈系列3.0

长度突破天际

作为一个假研究生

发现研究生朋友们的生活

千奇百怪

同个导师门下的·亲·师兄弟姐妹

也不一定知道对方在整些什么玩儿意

真是书读得越多

觉得自己知道得越少

：正式开始前的灵魂拷问：

“听起来不像土木工程啊？”

我们大土木一般都戏称搬砖的了，但是流体力学，风工程也是土木工程了，(发现研究生的东西都很奇奇怪怪的)；

我导师的强项是管道的力学研究，复合管的拉伸弯曲内压或组合荷载研究；因为老师接了个横向课题，所以依托课题开始了一个新方向的研究。

研究基本三步走：

一、数值模拟；

二、后果分析和概率分析；

三、风险评估（Risk=frequency × consequence）.

所以日常就在——

建模！

建模！

和建模！

因为海洋平台是几百米的维度，数值建模的网格大小直接影响了大涡模拟的收敛性和计算速度。

“可以向学文科的同学解释一下收敛性么？”

说句实话……概念上我都忘了这是什么了……高数的内容……

总之……就是能不能算出个结果吧……

有一次网格设置不合理，算了半个月……

“这期间就愉快地玩耍么？”

哈哈，基本是是这样。

忙个一两个星期，弄好各个工况下的输入文件，然后在放在三个服务器和几个台式机上算，每天看看在不在算。

网格设施合理，建模合理的话，算的时间正常来讲是2-3天，一般2天算完是比较好的。我们是拿别人的实验数据，进行数值建模，再和文献上的数据对比，来验证我们方法的准确性。

我们是做不了实验，火灾实验耗费大，风险大，目前实验室没有条件。（我还以为读研会整体泡在实验室里……）

“感觉科研的难度在于？”

接触新领域，学习新软件；

同个导师组做这方面的很少，需要自己探索的比较多，所以刚开始很不喜欢……但是顺利毕业啦，觉得也还是个不错的课题。模拟还是比实验轻松一些。

“你觉得你做的这些事对科学的发展，

对人民的美好生活有帮助么？”

对海洋平台的火灾研究也可以用于民用建筑空间，算是于民有利的一方面，工程意义比较大吧。

“机器学习？

听起来好Diao……”

是很厉害的，请允许我回答得专业点——

针对3、6、9及12层典型框架结构，基于能力谱法，采用编程模拟4万多个震害样本，并引入人工智能领域的前沿科技——机器学习算法，通过训练集样本建立框架结构参数和抗震性能之间的映射关系，即可对已知结构参数的目标结构进行易损性评估。

“……？？？……”

经过一系列沟通和对其毕业答辩PPT的研读后，翻译：

“能力谱法：把结构具有的抗震能力和需要的抗震能力画在同一个坐标下，观察能力是否满足需求。坏处是每个结构需要单独建模计算。

用能力谱法算出一些结构的结果后，通过机器学习的一些思想手段去寻找结构特征和抗震能力的关系，从而达到知道特征参数就知道结果的效果。”

“听起来贼厉害啊！

AI革新传统行业啊！”

恕我直言，其实这个东西是没什么软用了。

读土木的研就别想着改变世界了，想想看怎么混毕业，大概掌握做科研是怎么回事就好。

“WHY？”

算是提出一种新思路吧，离实际应用还有一定差距。

一方面用来训练的数据是有问题的——因为模拟的结果和实际的结果之间本身存在差距，再加上震害样本稀缺，难以验证正确性。

科研路上应该是后继无人了，我是开始也是结束，贡献一个毕业生数据。

“怎么想到这个课题的？”

说出来你可能不信，我真正做这个课题大概就花了

3个月时间。

原来导师给的思路做不下去了，自己想了个新思路。

原来打算单因素分析，先找到每个结构参数和结果的线形回归关系，然后再综合；

我当时想转行做量化投资，想借机沾点机器学习的光，以后好出去吹嘘自己可以搞机器学习，增加自己简历。（达到一箭双雕的效果）

研一时上上课，做做课题。

研二开始就整理结果写文章（基本上都在编程，各种建模和编程），

整个硕士期间还算比较闲，很自由，不用担心文章和延毕问题（就是这么厉害）。

“那基本上很顺，没遇到什么困难了”

不，最困难的是

投稿

第一篇文章

投了5次

从研一投到毕业，投到怀疑人生

“拓展解释一下你的专业领域？”

恩好

什么东西----

我们现在经常可以看到的不锈钢产品一般是奥氏体304，比如

肉蟹煲的菜盆。

其他不锈钢材料还有铁素体啊，双相型啊等等，

都是肉蟹煲菜盆的朋友。

我研究的就是双相型2205不锈钢材料。

用来干嘛----

研究一下将这种不锈钢材料做成普通常见的钢筋形状，作用于钢筋混凝土结构中，看看它多久会锈蚀，锈蚀以后会咋样，跟传统钢筋在受力时有没有差别之类的。

不锈钢筋主要用在氯离子侵蚀较为严重的海洋环境中，能够有效减少因钢筋锈蚀引起的混凝土结构失效破坏。

怎么研究----

主要是分为材料研究和力学研究。

材料研究是电化学测试，测试出不锈钢筋发生锈蚀的临界氯离子阈值。因为氯离子含量较低时，钢筋是不会发生锈蚀的，只有达到一定浓度，才会引起锈蚀，这个浓度就是氯离子阈值，测试阈值的主要作用是判断该种材料在海洋环境下是否足够适用，以及可以用临界阈值来估算结构的全寿命周期。

接着测试不锈钢筋在不同混凝土环境下随着时间变化的腐蚀规律，与普通碳素钢筋对比一下，看看优越性如何。

然后研究一下锈蚀以后的不锈钢筋拉伸性能会不会退化，作用于混凝土结构中，与混凝土协同工作与传统结构是否不同，试验一下现存的普通钢筋混凝土设计规范是否适用于不锈钢筋的设计计算。

“日常都在干嘛？”

截钢筋

磨钢筋

给钢筋通电

清洗钢筋

扫描钢筋

拉伸钢筋

给钢筋照相

带着钢筋在各个实验室旅游

“跟你想象中的科研生活有什么不同？”

啊，以前觉得科研生活就是——看很多很多文献，做做小实验，然后处理实验数据，对自己的实验数据进行深度分析挖掘，挖掘出一些别人没有做出来过的东西，然后发发论文就好啦。

结果——每天都在实验室晃悠，做个实验，从借实验室开始，到处问哪里可以做这个实验，要排队多久才轮到自己做实验，买点实验材料，淘宝、温州村、电子市场跑遍，手机里买什么材料的电话都有，搬点重的试件要跟工人师傅约档期。

一顿操作猛如虎下来，实验结果还可能一点规律也没有，

离散性大到逼死强迫症，随时都觉得自己毕不了业了。

对科学发展有帮助？没有阻碍科学进步就不错了（开玩笑）

“最难的事情？”

有一些试件找不到合适的试验机做，还有就是实验数据实在太离散——

6个平行试件测试结果都不一样……真是一点道理都不讲……

做实验还是太累了，劳动强度也就算了，关键实验结果不好，让人怀疑人生

不过同门师兄弟都会帮忙做实验，以及在我实验失败的时候，

告诉我他们的实验也失败了，简直是最好的安慰。

（开玩笑，希望大家都实验顺利）

“你有两个学位吧？”

对的，但是两次搞的东西totally不一样。

在大英帝国

研究微裂纹对混凝土耐久性能的影响，考虑怎么样让混凝土更长寿，更省成本。

每天给（有了微裂纹的）混凝土拆保鲜膜，做实验(泡水、导电、充气来模拟恶劣环境的摧残），用单反在暗室里面拍照（追踪一些东西的扩散范围），包好保鲜膜（防止水分蒸发）。

日复一日，

日复一日，

日复一日。

在大中国

研究混凝土的动力学性能数值模拟（冲击荷载），用来探讨这个材料能不能用来造一些高级的结构工程，能不能防导弹等。

用ANSYS/MATLAB等软件模拟一些实验和现象，然后出一些很炫酷的图。

“更喜欢实验还是模拟？”

做实验没什么意思，做模拟比较有意思，因为时间可控，也比较干净……实验不可控因素太多了，比如要买材料，要安排时间做混凝土，要联系实验室做实验，实验实际和想象不一样，最后可能结果还不好。

我步入科研领域比较早，大二就开始拌混凝土了，strp/国创/挑战杯/英国试验/中国数值模拟，一直就差不多知道科研做什么，

感觉就那样吧，看透了。

没什么用，但是算是锻炼我自己吧，学了一点编程，算跨界吗哈哈哈。

“纤维混凝土是？”

一般用来盖房子的建筑材料——混凝土=水泥+石子，我们是研究水泥里面加入纤维会怎么样。

有的人做实验研究纤维的效果，我是做模拟，把纤维和水泥还有可能存在的二者间的界面也模拟出来，看看受力的时候会怎么样（比如纤维被拉出来了、被拉断了、屈服了或者水泥整片掉出来了、被压碎了等等）。

如果性能优越，就有在工程中应用的可能性。

平时就是先看文献找资料，看别人是怎么做的；

然后想想自己能怎么做，有了目标再去掌握相应的工具，学习常用的有限元软件和数学计算软件；

然后建模，计算，对比实验，调试，分析，写文章。

“作为一个博士怎么看科研这件事？”

查理芒格同意萧伯纳说的：

任何职业最后都干着欺骗外行人的勾当。

你同意吗？我同意

“遇到最难的事情？”

一切推倒重来的时候……

不过我觉得，不论在科研还是在其他时候，推倒重来总是增加效率和准确率，陶冶心性最好的方式。

当初读博是为了永攀学术高峰，看自己能不能拿到博士学位。

当然，人不能总是欺骗自己，当初的无知还是要承认的。

但是读博这几年提升了我自己的思维能力、解决问题的能力，和耐得住性子的定力。找工作的时候别人一听我是博士，还是挺刮目相看的。

“本构方程是？”

本构方程是用来描述材料行为的数学表达式，多数表示为应力、应变、温度及时间的关系。用起预测材料的强度特征，对于工程建设意义重大。

探究岩土材料受到荷载后的响应，尤其体现在其应力应变等状态量的关系；进一步地，可以依托理论基础开发数值模拟工具，从而更好地用于工程实践。

“再直白一点？”

emmm……就是材料在什么温度下，经受多少时间，受多大力，然后去预测它发生的变形。再应用于工程实践。

“我发现搞科研的同学都不太会说人话？”

被老师整怕了，写论文的后遗症……“人话”不专业也不准确。

“那平时都在干嘛？”

推公式+冥想

具体来说——

瞎想+推公式+看论文

哎？发现别人做过+继续想+推公式+可能是对的吧

画两张图看看+好像对的+先写论文吧

“毕业后要去美国读博？再5年？”

不出意外的话是的……

怎么说呢，博士是一份自己还比较喜欢的工作啦，虽然不知道以后会怎么样。时间成本虽然大，但是时间要花在自己喜欢做的事儿上嘛。喜欢科研生活的状态和生活规律，对于自己搞的东西……始终觉得自己做的很差，而且没啥用，做完了就没什么热情了。

“听说你每天学习14个小时……”

时间安排么差不多是这样：睡觉7小时，1小时跑步，再加点杂事。我自己估计有效学习时间在八九个小时左右。

“那你怎么找对象！”

我是因为没对象才这样的！

有对象了我就有时间了！

要么顺带给我征个对象？

身为大龄工科女，还是有这个需求的。我喜欢

高的，话少的

当然这些要求其实都是虚的

最主要还是要看对眼

有缘的他

本期女嘉宾——希望看看你的眼

优秀的科研女性，手握两篇SCI（可能不止）

生活简单，喜欢读书

不如来个科学对视？

“写下这个专业名称你有没有一丝惭愧？

当初你指着吊车跟我说这是高架桥桥墩的场景

我还历历在目”

有吧……不过我现在还是分不清楚，所以那里不是在修高架？

搞的东西跟专业没什么关系？emmm……把土理解成一种材料嘛，应用于交通领域，路基填料、道砟都是土。

“怎么研究力学特性？”

用离散元推导本构关系

“……解释一下……”

（然后这位同学开始疯狂百度）

本构关系：物质宏观性质的数学模型，胡克定律F=kx就是一种本构关系。

离散元：一种解决非连续介质问题的数值计算方法，除了岩土工程外，也应用于化工、食品等领域。主要原理是力与相对位移关系与牛顿第二定律。首先通过力和相对位移关系得到接触点的法向力和切向力，再对颗粒在各个方向上的作用求合力和合力矩，然后根据牛顿运动第二定律可以求得颗粒的加速度，对其进行时间积分，进而得到颗粒的速度和位移。

“………………”

经过一番激烈的交流我的翻译：

"土有黏土和砂土，淤泥就是一种黏土，沙滩上的沙子算砂土。沙子就是一粒一粒的，沙子之间还会有空隙，空隙里还会进水，如果你对一个沙堆踩一脚，那这个沙堆是怎么堆积在一起的，沙子的空隙里有没有水，都会影响到你踩了之后这个沙堆会怎么样。所以沙堆是很多颗小沙子在互相挤来挤去。我们怎样用数学语言去描述它们挤的过程。

离散元就是在电脑里用一堆圆球去模拟这个沙堆。原来一般是通过实验来判断这个土的状态，我们只能看到它的宏观表现，不知道它内部发生了什么事情。离散元既可以知道你去挤这一堆圆球的时候它们整体会怎么表现，也可以知道球和球之间是怎么挤来挤去的。就更接近事实上真正在发生的事情。"

“差不多这样？”

差不多。我一般是先师兄师弟做实验给了个预期结论（实验观察得到宏观现象），我照着这个结论去设计模拟（就是编程），希望可以从微观层面上解释这个现象。

“跟你想象中科研的不同？”

科研之前：

1.自己做的东西能够很快在工业界变现

2.大家团队合作分工完成一个课题

3.有师兄带着科研

4.想研究什么就研究什么

科研之后：

啥都不会（软件、理论、算法、数学都巨难）、基本上是自己在单打独斗，文章难产，花了更多的时间怀疑自己、思考人生。能研究什么就研究什么吧，更像是一块砖，哪里需要往哪儿搬。

“你觉得你做的这些事对科学的发展，

对人民的美好生活有帮助么？”

我觉得可以整理一下自己的研究成果啊，用来告诫后来人

此路不通，

也是有意义的吧（微笑）。

对于人民？我算人民么？如果能毕业，那就是有意义的（微笑again）。

“又是一个看起来跟专业没有关系的课题啊

不如来说说你的科研历程？”

本科工程力学（工程中的力学问题）-研究生道路与铁道-转博士固体力学，其实也是一脉相承的。

硕士课题是通过压电效应检测动脉瘤生长，里面用的有生长理论的东西，转博之后的研究是具体针对生长理论进行修正，更偏重理论一点。

“生长理论……太抽象了……

可以举几个具体应用的例子么？”

已有的例子是——实验上，按压骨头和皮肤可以测到电信号，对于骨折患者，加一个外加电场可以显著提高骨折的愈合速度。所以其实我们的皮肤，骨骼，血管都是有力电耦合性质的。

我们想用合理的假设，建立尽量合理的模型去解释这种现象，为进一步医学实验研究提供指导，因为对于做实验的研究者，如果没有理论指导，他们能用的方法只有直觉和不断尝试。有了理论指导可以大大降低达到终点的时间。就像我们为什么要学习数学，其实就是辅助我们对自然和事物的理解。

“怎么研究的？”

用脑袋研究。

我觉得最主要是框架的建立，公式只是其中的血液。框架才是理论的创新

还有要站在巨人的肩膀上，很多东西都不是一蹴而就的，特别是理论都是一点一点很缓慢发展出来的。所以第一步是先重复别人的工作。

（看很多文献吗？）单理论研究的话其实不用看太多文章，简单follow几篇核心文献即可。但是follow的工作量很大，往往还需要编程上也能完全follow。

最难的地方是，我需要读很多其他学科领域的文献。比如我之前研究生物力电机理的时候，我要学习压电力显微镜，胶原蛋白原分子，偶极子等等，简单来说就是生物，化学，电学，还有实验……文献阅读阻力大，往往会遇到很多不懂的名词，需要再次检索了解，就会陷进去。

“交叉学科就会这样吧”

是的。要比别人付出更多还不一定得到同样的产量，学习成本很大。

课题难度大……在做不下去的边缘徘徊……

唉不过其实真正难的不是课题，因为科研首先就是面对难题，搞定它就好了。更难的是一些很琐碎很现实的生活问题。

（比如脱发么？）不不不我不脱发，

是随着年龄增长，现实的问题越来越多。

（是选择科研后面对的生活压力吧）恩没错。

“看样子你是打桩的？”

不不不，我们是敲桩的。

敲桩跟打桩还是有本质区别的。打桩是把桩打进去，而敲桩是敲一下已经打好了的桩。

（为什么要敲？）桩是大部分建筑物的基础，浇筑桩是先在土里打洞，再把水泥灌进去。水泥有没有均匀地灌好，是不是缺了一块，有没有土混进去了，我们是看不到的。这时候我们我拿起手中的小锤敲一下，波沿着桩传导发生反射，通过传感器上得到的波形来判断这根桩有没有缺陷。缺陷不同，波形不同。我现在就是在分析各种缺陷对应的不同波形，运用模型和理论计算结合的方式去找寻其中的规律，总结后进行应用。

“那你经常去工地上敲桩？”

不不不，我一般在办公室进行理论分析和计算推导，然后设计试验验证理论计算的结果，然后就是整理写文章。偶尔会被派去做老师的横向项目。

敲桩也不是谁都能敲的，轻重很重要，要靠手感。

“觉得科研困难么？”

基本没有经历过比较难的课题或研究，我做的东西比较浅显，所以科研时，遇到的困难不多。

心理层面的困难更大吧，

因为经常觉得自己做的科研没有多大意义，但是你为了毕业还是得做，这种矛盾感会让我觉得纠结焦躁。

“可以给我说说离心机么？

怎么和垃圾扯上关系了？

怎么又去撞桩了？”

①正一边打游戏一边喝奶粉

④去洗澡了

②一边用艾草泡脚一边说：

离心机可以做很多的，离心机可以营造一个超重力场，比如100个g那种。垃圾填埋场，肯定有有害物质会渗出来吧，会有一圈屏障来阻止它渗过来，慢慢地它总会有东西渗过来的？但是这个时间太久了，但是在超重力场下可以把这个作用时间缩短。100个g的时候，原来100年的，现在1年就够了。

①一边打游戏一边说：

不对不对，是10000年，100个g的时候离心机里过一秒相当于外面10000秒。

②：

对对对，其实就是我们以前学过的那个什么模型比例尺么，不仅时间可以缩短，模型的尺寸也可以变小。

“怎么个变小法？”

①：

就是比如长度就可以变成原来的1/100，100米的做1米的模型就够了。面积么就是平方一下。

④出来了，一边收衣服一边说：

主要在于你要做什么东西吧。像他们岩土，要保证这个土应力状态一样，土应力跟液体压强类似，=ρ（土比重）×g（重力加速度）×h（深度），重力加速度变成100倍了，那深度就变成1/100了。

②泡完脚，一边爬上床一边说：

还是你比较专业。

“看渗漏程度是不是像搞化学一样？

测很多化学物质的数据”

①：

有点像，我们主要测一些有代表性的离子，比如氯离子，还有一些重金属离子。看看什么样的土它们会渗得更慢一点。

“氯离子？为什么是氯离子？

你又没有钢筋要锈蚀？”

①：

emmm……可能……氯离子比较好测？我也不知道，好像是什么吸附性的问题。

②：

他啦也就帮他师兄打打下手，自己也是一知半解。

他是那种每天都在努力地做，但是不怎么知道自己在做什么的人……

①继续玩游戏……

“那你的撞击？”

④：

也是因为缩尺效应，比如现实里想看一幢大楼被撞了会怎么样，你不能真的去撞大楼啊，离心机里就可以用一个非常小的模型来做。

“怎么模拟撞击？”

④：

拿一个摆锤摆过去撞一下。撞击实验比较烦人的是，时间很短，一秒钟之内就发生了很多现象，所以对传感器的要求很高，要抗干扰很好。

这时③回到了寝室，开始泡脚

②：

你不了解了解他是干啥的么？

“来说说呗~”

③：

emmm……我现在也就刚有了个想法，还没开始做。针对砖混结构，在它上面放一些传感器得到环境激励下它的加速度，就是它的动力特性，就能知道它的振型啊频率啊之类的，想要找到它的动力特性和它强度的关系。

翻译：平时刮点风，人在走，其实建筑物都是在振动的，振型和频率都是用来振动情况的，也就是动力特性。强度可以用来判断这个建筑物是否还安全，可以承受多大的力。我们可以用传感器测动力特性，然后建立动力特性和强度的关系。

现在是怎么得到强度的？

③：

用回弹仪去弹。比如一个房子有80根柱子，我要选十几根来弹一下，每根柱子要弹10个测区，每个测区要弹16次，也就是一根柱子弹160次，一个房子就要弹好几千次。费工费时。我那个方法呢就是装几个传感器就完了，简单方便多了。

②：

那你怎么找这两者的关系？

③：

先要收集到很多数据，再去找咯。

②：

所以其实是一种回归分析，并不是理论上去解释。

③：

差……差不多吧。

②：

什么东西牵扯上回归曲线之后，就有了一种江湖骗子的感觉……我们老师以前说，我们这个专业是得不到很多很精确的公式的，到最后都是要调整一些参数，比如说这个常数就取1.41，那为什么取这个数字呢？不知道。我们这个行业就是这样的。我们这个专业这个方向偏差40%都是正常的。

-----最后-----

祝我们

一直学习

一直保持不退步