一、劉教授，您在航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊動力學(xué)領(lǐng)域深耕多年，團(tuán)隊(duì)在葉片抗沖擊設(shè)計(jì)與損傷容限評估方面取得了哪些關(guān)鍵技術(shù)突破？

劉教授的回答：我從博士期間便開始在發(fā)動機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)抗沖擊領(lǐng)域開展相關(guān)研究工作。經(jīng)過多年深耕，我認(rèn)為在關(guān)鍵技術(shù)上主要取得了三個(gè)突破。第一個(gè)突破是在復(fù)合材料的層次多尺度分析方法方面。復(fù)合材料具有復(fù)雜的多尺度特征，從微觀的纖維與樹脂，到細(xì)觀的編織結(jié)構(gòu)、成盒鋪層結(jié)構(gòu)，再到宏觀的力學(xué)響應(yīng)，需要構(gòu)建有效的關(guān)聯(lián)橋梁，才能實(shí)現(xiàn)從微觀結(jié)構(gòu)到宏觀力學(xué)性能的銜接。這一點(diǎn)對于沖擊問題而言尤為關(guān)鍵和復(fù)雜，因?yàn)闆_擊過程還涉及應(yīng)變率相關(guān)效應(yīng)。為此，我們開發(fā)了一種考慮基體粘彈性的復(fù)合材料層次多尺度分析方法，能夠?qū)?fù)合材料葉片的沖擊過程及沖擊后的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析。目前，該方法對吸能的預(yù)測精度已達(dá)到誤差小于5%的水平，處于國際領(lǐng)先地位。

第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)針對復(fù)合材料。我們知道樹脂極易受環(huán)境影響，復(fù)合材料葉片在長期服役后，其抗沖擊性能會發(fā)生相應(yīng)變化。目前國內(nèi)外對該問題的研究多采用實(shí)驗(yàn)方法，但始終缺乏一套系統(tǒng)的分析評估手段。為此，我們建立了從樹脂老化行為到界面老化行為，再到復(fù)合材料抗沖擊性能的分析預(yù)測方法，并構(gòu)建了高保真離散裂紋宏觀有限元模型，可有效預(yù)測服役條件下復(fù)合材料葉片的抗沖擊性能。

第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于，航空領(lǐng)域素來有“一克重一克金”的說法，復(fù)合材料葉片亦是如此。在確保抗沖擊能力的前提下，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與主動性能提升，對減重具有重要意義。為此，我們提出了一種基于流固耦合的復(fù)合材料葉片抗沖擊設(shè)計(jì)分析方法，可在同等抗沖擊能力下實(shí)現(xiàn)30%的減重效果，達(dá)到了較為理想的目標(biāo)。以上便是我們在關(guān)鍵技術(shù)上的主要突破。

二、劉教授，您團(tuán)隊(duì)在增材制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全評定領(lǐng)域開展了系統(tǒng)性研究，目前針對這類新型結(jié)構(gòu)的沖擊安全性能評價(jià)，形成了哪些原創(chuàng)性的測試方法或數(shù)值分析體系？

劉教授的回答：那么增材制造3D，也就是我們通常所說的3D打印復(fù)合材料。這種新型復(fù)合材料與傳統(tǒng)熱固性復(fù)合材料相比，有一個(gè)顯著特征：在制造過程中不可避免會引入纖維偏轉(zhuǎn)、纖維斷裂以及空洞等缺陷。這些缺陷的存在，使得3D打印復(fù)合材料的抗沖擊性能預(yù)測變得非常困難，而我們在該領(lǐng)域開展的工作具有較為鮮明的特色。

首先，我們從3D打印單根絲束入手，開展了其準(zhǔn)靜態(tài)與動態(tài)力學(xué)行為的研究，同時(shí)對打印前后絲束的缺陷進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，打印過程中絲束的孔洞率會從2%提升至8%，表明該絲束是一種存在較大孔洞缺陷的復(fù)合材料。我們對其損傷演化進(jìn)行了充分研究，并建立了考慮隨機(jī)孔洞分布的纖維素微觀力學(xué)模型，能夠精準(zhǔn)描述絲束的力學(xué)行為。在完成絲束力學(xué)行為表征后，我們進(jìn)一步通過3D打印制備了成型的復(fù)合材料，特意考慮了絲間空洞的影響，獲得了絲間空洞對動態(tài)力學(xué)行為的影響規(guī)律，其中包括應(yīng)變率效應(yīng)；我們還特別發(fā)現(xiàn)，絲內(nèi)與絲間空洞這類多尺度缺陷對復(fù)合材料應(yīng)變率效應(yīng)存在影響，同時(shí)涉及與正交各向異性不同的拉剪耦合效應(yīng)。

三、劉教授，您曾入選國家級青年人才計(jì)劃并擔(dān)任多個(gè)青年委員會主任，對于從事航空發(fā)動機(jī)這類重大工程領(lǐng)域研究的青年學(xué)者，如何引導(dǎo)他們在基礎(chǔ)理論創(chuàng)新與緊迫型號需求之間找到結(jié)合點(diǎn)？

劉教授的回答：其實(shí)我也是從青年教師階段走過來的，在這里想分享一些深刻的感觸。首先，我認(rèn)為我們必須“從型號中來，到技術(shù)研究中去”，以型號需求為牽引，從型號研制中迫切需要解決的卡脖子問題里，提煉出基礎(chǔ)科學(xué)問題的理論內(nèi)核。因?yàn)樾吞栔械暮芏鄦栴}，對現(xiàn)有基礎(chǔ)理論而言，要么是全新的理論課題，要么是對現(xiàn)有理論邊界的拓展與突破——比如我們常關(guān)注的極端條件下復(fù)合材料的力學(xué)行為研究，就涉及超高溫、燒蝕等特殊工況。

第二個(gè)建議是青年學(xué)者需建立從實(shí)踐到理論、再從理論到實(shí)踐的雙向良性正向反饋通道。第三個(gè)建議是青年學(xué)者要特別注重跨域協(xié)同，除了與理論領(lǐng)域的學(xué)者交流，還應(yīng)主動接觸工程領(lǐng)域中從事實(shí)驗(yàn)、工藝、測試等不同方向的專業(yè)人士，在思維碰撞中激發(fā)更多優(yōu)質(zhì)想法?？傮w而言，青年學(xué)子需在頂天與立地之間、工程實(shí)踐與基礎(chǔ)理論之間，找到一條富有生命力、能夠長期發(fā)展且形成正向反饋的道路。

四、劉教授，作為中國復(fù)合材料學(xué)會紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料分會常務(wù)委員，您近期參加的第五屆先進(jìn)編織復(fù)合材料與航空航天學(xué)術(shù)會議給您留下了哪些深刻印象？

劉教授的回答：作為此次會議的委員，我經(jīng)常參加這類會議。前兩年會議都在海南博鰲舉辦，給我留下了深刻印象。不過博鰲相對較遠(yuǎn)，所以這次會議選址無錫，對我而言同樣印象深刻。

首先，無錫本身是江南名城，環(huán)境優(yōu)越，在紡織與編織領(lǐng)域更是有著深厚的歷史底蘊(yùn)。因此，會議選址無錫是我印象最深刻的一點(diǎn)。

其次，本次會議邀請了眾多資深卓越的學(xué)者與專家參與，各位嘉賓的報(bào)告精彩紛呈。無論是嘉賓的數(shù)量，還是報(bào)告的整體水平，都令我印象深刻。

最后，本次會議的參展商在數(shù)量與覆蓋領(lǐng)域上都較以往有了新的突破。我注意到現(xiàn)場展品全面覆蓋了編織工藝、制造、測試表征以及仿真分析等各個(gè)環(huán)節(jié)。主要就是這三點(diǎn)感受。