首页 新闻 图片 视频 报纸 广播 RSS
首页 > 新闻 > 媒体大工 > 正文

【中国教育报】小小碳纤维里的大国情怀

——访2017年度国家技术发明奖一等奖获得者贾振元团队

来源:中国教育报(2017-01-09 3版) 时间:2018-01-09 08:50

原文链接:http://paper.jyb.cn/zgjyb/html/2018-01/09/content_492631.htm?div=-1

贾振元(左四)与团队成员在实验室探讨问题。彭伟 摄

贾振元团队完成的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”研究,解决了碳纤维复合材料采用传统加工方法难以进行低损伤数字化加工的问题,在相关领域建立了一条从基础理论到加工技术的完整创新链,为国家重大装备研发生产作出了重要贡献。

某新型航天装备舱段、某飞行器构件异型深腔、某重型飞机调节板、某系列直升机旋翼……这一长串“大国重器”关键复合材料构件成功研制的背后,有一个共同的名字——大连理工大学“长江学者”特聘教授贾振元。

贾振元领衔进行的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”研究,突破了一个又一个关键复材构件的加工难题,为国家重大装备、重点型号研制、定型及批量生产作出了重要贡献,对提升高端装备的性能和核心竞争力具有重要推动作用,也因此获得2017年度国家技术发明奖一等奖。

让复合材料加工走出“手工时代”

关于碳纤维复合材料研究,在网上搜索能找到几十万篇文章。团队成员高航介绍,由于碳纤维复合材料具有轻质、高强度的优点,对于“一克重就是一克金”的航空、航天、交通等领域的高端装备减重增效,具有非同寻常的意义。

然而,由于碳纤维复合材料是由纤维和树脂经过赋形、固化而成,与金属等均质材料相比在加工中的失效行为及去除机理迥异,是典型的难加工材料。

“传统加工只能采取低质低效的手工方式进行加工,加工构件易出现毛刺、撕裂和分层等损伤,难以满足碳纤维复合材料构件的高性能要求,还会带来重大安全隐患。此外,碳纤维复合材料强度级别在不断提升,给加工带来更大难度。正是因为这些问题,严重制约了这种高性能材料的推广应用,限制了装备性能的提升。”贾振元说,这是一个世界性难题。

从21世纪初开始,他便将研究方向瞄准了碳纤维复合材料加工去除机理和加工损伤产生机制,试图开辟和建立一个适应碳纤维复合材料加工新的理论体系,并在此基础上进行装备设计和研发。

自2010年起,贾振元团队研制的技术装备与刀具开始应用,使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减至0.1毫米量级以内,实现了从无法加工或只能手工加工到低损伤数字化加工的跨越,加工技术进入国际领先水平。

基础理论和加工技术形成创新链

“我们要在短时间内实现从跟跑、并跑到领跑,没有基础研究做支撑就超不过去。”作为团队的带头人,贾振元不仅敢于啃硬骨头,也善于把握方向。他常告诫自己的团队:“做科研,找对路子很重要。”

实践上的难题倒逼贾振元团队在基础理论研究上开疆拓土,打造一番新天地。为此,团队加大了在材料、力学、机械等多学科交叉融合的研究力度。从基础理论研究着眼,搭建实践平台,开发新的实验装置,进行大量的材料分析、力学计算和机械加工实验,实现了理论和实验的充分结合。

功夫不负有心人,贾振元团队最终在碳纤维复合材料切削理论和加工损伤抑制原理上取得突破,揭示出碳纤维复合材料去除机理和损伤形成机制,提出了针对碳纤维复合材料加工的切削理论,建立了切削力和切削过程动态仿真模型,实现了切削理论的源头创新。

有了基础理论支撑,应用实践研究就完全是“柳暗花明又一村”的景象。团队提出了微刃力小化抑制损伤原理,在一个个螺旋槽切削刃上开出分屑槽,形成微齿,实现加工过程的“微元去除”;通过巧妙设计工具以及切削运动的配合,发明了“反向剪切”原理,实现表层纤维有效切断;基于“微元去除”和“反向剪切”原理,先后发明3类9个系列的制孔、铣削等刀具,获多项发明专利,实现了这种难加工材料的低损伤高质量加工,寿命高于进口刀具2至7倍,而价格仅为进口刀具的1/6至1/4。

“国外大公司投入大量经费与时间摸索出的经验,是企业的核心机密,人家不会告诉你。”贾振元说,“中国的高校要加大原创性、基础性研究,去解决企业、行业面临的‘卡脖子’问题。形成企业需求拉动,基础研究、应用基础研究、技术开发、产品研制一条链的创新体系。”

搞科研一定要服务国家重大需求

“搞科研一定要服务国家重大需求,这点我们体会非常深。”谈及科研体会,贾振元感慨地说。

贾振元告诉记者,他所负责的大连理工大学现代制造技术科研团队成立于上世纪末,在团队创始人、现任大连理工大学校长郭东明院士带领下,始终坚持理论服务实践、科研服务国家重大需求的传统。团队并不是第一次获得国家科技奖励。2008年,郭东明等人的研究成果就曾获国家技术发明奖一等奖。2014年,贾振元等人的研究成果获国家技术发明奖二等奖,今年又摘得了国家技术发明奖一等奖的桂冠。

在这样的团队中,年轻的高级工程师鲍永杰说得最多的是压力:“我们没有什么捷径可走,每走一步必然会被问题卡住,不卡才怪呢!面对的都是从来没遇到的问题。”也正是在这样的压力下,团队中一批青年人迅速成长,入选“万人计划”创新人才、“长江学者”特聘教授、国家“杰青”、“青年长江学者”等人才计划。

贾振元经常跟团队成员讲,“我们不能等、不能靠”,“时刻以国家重大需求为导向,国家需要什么,我们就研究什么”。大国情怀、创新智慧,他们肩挑重任、继续前行。(本报记者 高靓 通讯员 吕东光)

本报北京1月8日电

责任编辑:张平媛

相关文章:

读取内容中,请等待...

推荐视频

焦点图片

排行榜