“聽材料之聲,探未來之路。由中國復(fù)合材料學(xué)會推出的《復(fù)材之聲》,聚焦復(fù)合材料前沿科技、產(chǎn)業(yè)動態(tài)和專家觀點(diǎn)。致力于搭建一個(gè)交流平臺,匯行業(yè)精英,享真知灼見,共同推動中國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展!”
復(fù)合材料,是科技創(chuàng)新的重要基石,也是推動產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。在新能源、航空航天、電子信息等領(lǐng)域,高性能復(fù)合材料正發(fā)揮著不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的極限?如何實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的跨越?這些問題不僅關(guān)乎技術(shù)本身,更關(guān)乎國家科技競爭力的提升。
當(dāng)航空航天的高強(qiáng)度材料“潛入”深海,當(dāng)艦船齒輪箱的隔振技術(shù)“飛向”宇宙——復(fù)合超材料正打破領(lǐng)域邊界,成為高端裝備創(chuàng)新的共性語言。如何讓材料同時(shí)實(shí)現(xiàn)“超輕高強(qiáng)”與“抗沖吸能”?智能技術(shù)如何為裝備賦予“自感知”的生命力?跨領(lǐng)域技術(shù)復(fù)用存在哪些黃金法則?

本期《復(fù)材之聲》對話哈爾濱工程大學(xué)楊金水教授,揭開技術(shù)跨界融合的底層邏輯:
仿生設(shè)計(jì)+機(jī)械超材料:軟硬結(jié)合破解“強(qiáng)韌矛盾”,已應(yīng)用于某型艦船齒輪箱隔沖減振
分布式傳感+激光超聲:從成型預(yù)判到損傷預(yù)警,打造裝備全壽命周期智能管理鏈
空天-海洋技術(shù)復(fù)用三原則:輕質(zhì)高強(qiáng)、減振降噪、抗沖擊——高端裝備的共性基因
學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)化破局路徑:跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫+國際協(xié)同,構(gòu)建抗沖擊性能評價(jià)新體系
讓我們跟隨楊金水教授的視角,看多功能材料如何重塑高端裝備未來!
一、楊老師,您在航空航天和海洋船舶領(lǐng)域研發(fā)多功能復(fù)合超材料結(jié)構(gòu)時(shí),如何解決‘超輕高強(qiáng)’與‘抗沖吸能’等性能間的矛盾?能否以某型裝備為例,說明核心設(shè)計(jì)策略?
楊教授回答:眾所周知,超輕高強(qiáng)與抗沖吸能本身存在矛盾,這一點(diǎn)已被眾多專家和青年學(xué)者所論述。強(qiáng)度與韌性之間的矛盾如何解決?我們團(tuán)隊(duì)對此進(jìn)行了一系列嘗試。首先,我們借鑒自然界的仿生思想,采用軟硬結(jié)合的方式,并開發(fā)應(yīng)用了一些新型多功能結(jié)構(gòu)材料,同時(shí)兼顧其強(qiáng)度和韌性。其次,結(jié)合我們團(tuán)隊(duì)多年來在輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)方面的研究特色,引入機(jī)械超材料、負(fù)剛度及負(fù)泊松比材料,并通過對人工周期多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合化處理,從而在優(yōu)化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)對超輕高強(qiáng)與抗沖吸能的兼顧提升。目前,部分成果已應(yīng)用于某型艦船齒輪箱結(jié)構(gòu)隔沖減振設(shè)計(jì)。
二、楊老師,團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)智能化(如損傷檢測)方向取得了哪些創(chuàng)新成果?基于復(fù)合超材料的自感知技術(shù)如何提升裝備的全壽命周期管理能力?
楊教授回答:這個(gè)問題實(shí)際上我們團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了一些探索。例如,在無損檢測領(lǐng)域,我們團(tuán)隊(duì)針對工程需求,開展了分布式應(yīng)變片、光纖光柵以及振動模態(tài)柔度法的應(yīng)用研究。此外,我們還對激光超聲和空氣耦合技術(shù)進(jìn)行了探索。
在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)全壽命周期過程中,首先,我們可以預(yù)判和掌握結(jié)構(gòu)在成型過程中的多物理場關(guān)鍵性能參數(shù),以優(yōu)化工藝流程;其次,在裝備服役過程中,能夠及時(shí)預(yù)警潛在損傷的出現(xiàn);最后,在運(yùn)維方面,可以迅速定位缺陷,并給出損傷判定和修復(fù)方法參考,從而最大程度降低成本。
三、楊老師,您的研究橫跨航空航天與海洋船舶兩大領(lǐng)域,哪些技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域復(fù)用?深海裝備的極端環(huán)境需求對空天材料研發(fā)有何啟發(fā)?
楊教授回答:這個(gè)問題提得非常好。實(shí)際上,許多技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都具有共性,包括航空航天、船舶海洋等領(lǐng)域。我們也在汽車交通方面進(jìn)行了一些工作。簡單來說,我認(rèn)為有幾點(diǎn)值得關(guān)注:
首先,是輕質(zhì)高強(qiáng)。當(dāng)前,我們追求輕量化的同時(shí),還需兼顧材料的強(qiáng)度。任何裝備都有眾多需求,這一點(diǎn)尤為重要。
其次,是減振降噪。有效控制裝備的噪聲和振動至關(guān)重要,這不僅直接影響裝備的疲勞壽命,還關(guān)系到人員的舒適度。這也與綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢相契合。
此外,沖擊性能也不容忽視。裝備需要防護(hù),因此必須設(shè)計(jì)多種防護(hù)裝置。無論是航空航天還是海洋領(lǐng)域,這類裝置都是必不可少的。由此可見,許多共性的基礎(chǔ)技術(shù)在各領(lǐng)域都是相通的。
四、楊老師,作為中國復(fù)合材料學(xué)會成員,您認(rèn)為學(xué)會在推動復(fù)合超材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化(如抗沖擊性能評價(jià)體系)方面應(yīng)如何發(fā)力?
楊教授回答:我認(rèn)為首先充分利用學(xué)會這一平臺,組織跨領(lǐng)域的綜合評價(jià),涵蓋航空航天、船舶、海洋、汽車、交通、軌道等多個(gè)領(lǐng)域,將這些跨領(lǐng)域的評價(jià)成果整合在一起;其次,建議建立共用的數(shù)據(jù)庫,通過數(shù)據(jù)庫與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式,便捷地服務(wù)于大家的學(xué)習(xí)與研究;最后,我認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)國際間的合作,或稱之為協(xié)同合作,例如,借助該平臺推動更多青年專家參與到ISO標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)工作中。
從齒輪箱的隔振設(shè)計(jì)到裝備的智能“把脈”,楊金水教授團(tuán)隊(duì)用“仿生思維”與“超材料技術(shù)”證明:跨界創(chuàng)新的本質(zhì),是抓住不同領(lǐng)域裝備的性能共性,用基礎(chǔ)研究的底層邏輯打通應(yīng)用壁壘。
正如楊教授所言:“輕質(zhì)高強(qiáng)、減振降噪、抗沖擊——這些需求在空天與海洋領(lǐng)域一脈相承?!?/strong>
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