1935年,他考取清华大学研究院和高梦旦奖学金,在导师吴有训的指导下做光谱分析。延至1940年8月赴加拿大多伦多大学,在J.L。辛格(Synge)教授指导下研究板壳理论,1942年获博士学位。1942年至1946年,他在美国加州理工学院和喷射推进研究所,与钱学森、林家翘、郭永怀一起,在世界导弹之父。冯·卡门(vonKármán)教授的指导下从事航空航天领域的研究工作,受到冯·卡门学术思想的影响,成为固体力学和流体力学大师。在研究所和冯·卡门家里的学术讨论会,是富有民主精神和创造性的聚会。这种风格影响了钱伟长的一生,这就是敢想敢说,勇于探索和创新。钱伟长的博士论文《弹性板壳的内禀理论》,发表于世界导弹之父冯·卡门的60岁祝寿文集内,爱因斯坦看后,感叹:这位中国青年解决了困扰我多年的问题。此文奠定了钱伟长在美国科学界的地位。
中华人民共和国成立后,他参加中国文化代表团访问了缅甸、印度,1955至1956年还多次访问苏联、罗马尼亚、匈牙利、捷克、民主德国,1956年,又参加了波兰的力学会议和布鲁塞尔的国际力学会议。
1956年,在全国第一次自然科学规划会上,中央组织400多位专家教授,制定了新中国第一个十二年科技发展规划。就在这次史无前例的大会战中,钱伟长和钱学森、钱三强一起,被周恩来总理赞誉为:我国科学界的“三钱”。
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