“听材料之声,探未来之路。由中国复合材料学会推出的《复材之声》,聚焦复合材料前沿科技、产业动态和专家观点。致力于搭建一个交流平台,汇行业精英,享真知灼见,共同推动中国复合材料产业蓬勃发展!”
复合材料,是科技创新的重要基石,也是推动产业变革的关键力量。在新能源、航空航天、电子信息等领域,高性能复合材料正发挥着不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的极限?如何实现从实验室到产业化的跨越?这些问题不仅关乎技术本身,更关乎国家科技竞争力的提升。
当航空航天的高强度材料“潜入”深海,当舰船齿轮箱的隔振技术“飞向”宇宙——复合超材料正打破领域边界,成为高端装备创新的共性语言。如何让材料同时实现“超轻高强”与“抗冲吸能”?智能技术如何为装备赋予“自感知”的生命力?跨领域技术复用存在哪些黄金法则?
本期《复材之声》对话哈尔滨工程大学杨金水教授,揭开技术跨界融合的底层逻辑:
仿生设计+机械超材料:软硬结合破解“强韧矛盾”,已应用于某型舰船齿轮箱隔冲减振
分布式传感+激光超声:从成型预判到损伤预警,打造装备全寿命周期智能管理链
空天-海洋技术复用三原则:轻质高强、减振降噪、抗冲击——高端装备的共性基因
学会标准化破局路径:跨领域数据库+国际协同,构建抗冲击性能评价新体系
让我们跟随杨金水教授的视角,看多功能材料如何重塑高端装备未来!
一、杨老师,您在航空航天和海洋船舶领域研发多功能复合超材料结构时,如何解决‘超轻高强’与‘抗冲吸能’等性能间的矛盾?能否以某型装备为例,说明核心设计策略?
杨教授回答:众所周知,超轻高强与抗冲吸能本身存在矛盾,这一点已被众多专家和青年学者所论述。强度与韧性之间的矛盾如何解决?我们团队对此进行了一系列尝试。首先,我们借鉴自然界的仿生思想,采用软硬结合的方式,并开发应用了一些新型多功能结构材料,同时兼顾其强度和韧性。其次,结合我们团队多年来在轻质多孔结构方面的研究特色,引入机械超材料、负刚度及负泊松比材料,并通过对人工周期多孔结构进行复合化处理,从而在优化设计中实现对超轻高强与抗冲吸能的兼顾提升。目前,部分成果已应用于某型舰船齿轮箱结构隔冲减振设计。
二、杨老师,团队在结构智能化(如损伤检测)方向取得了哪些创新成果?基于复合超材料的自感知技术如何提升装备的全寿命周期管理能力?
杨教授回答:这个问题实际上我们团队也进行了一些探索。例如,在无损检测领域,我们团队针对工程需求,开展了分布式应变片、光纤光栅以及振动模态柔度法的应用研究。此外,我们还对激光超声和空气耦合技术进行了探索。
在复合材料结构全寿命周期过程中,首先,我们可以预判和掌握结构在成型过程中的多物理场关键性能参数,以优化工艺流程;其次,在装备服役过程中,能够及时预警潜在损伤的出现;最后,在运维方面,可以迅速定位缺陷,并给出损伤判定和修复方法参考,从而最大程度降低成本。
三、杨老师,您的研究横跨航空航天与海洋船舶两大领域,哪些技术经验可实现跨领域复用?深海装备的极端环境需求对空天材料研发有何启发?
杨教授回答:这个问题提得非常好。实际上,许多技术在多个领域都具有共性,包括航空航天、船舶海洋等领域。我们也在汽车交通方面进行了一些工作。简单来说,我认为有几点值得关注:
首先,是轻质高强。当前,我们追求轻量化的同时,还需兼顾材料的强度。任何装备都有众多需求,这一点尤为重要。
其次,是减振降噪。有效控制装备的噪声和振动至关重要,这不仅直接影响装备的疲劳寿命,还关系到人员的舒适度。这也与绿色环保的发展趋势相契合。
此外,冲击性能也不容忽视。装备需要防护,因此必须设计多种防护装置。无论是航空航天还是海洋领域,这类装置都是必不可少的。由此可见,许多共性的基础技术在各领域都是相通的。
四、杨老师,作为中国复合材料学会成员,您认为学会在推动复合超材料技术标准化(如抗冲击性能评价体系)方面应如何发力?
杨教授回答:我认为首先充分利用学会这一平台,组织跨领域的综合评价,涵盖航空航天、船舶、海洋、汽车、交通、轨道等多个领域,将这些跨领域的评价成果整合在一起;其次,建议建立共用的数据库,通过数据库与机器学习相结合的方式,便捷地服务于大家的学习与研究;最后,我认为应加强国际间的合作,或称之为协同合作,例如,借助该平台推动更多青年专家参与到ISO标准的相关工作中。
从齿轮箱的隔振设计到装备的智能“把脉”,杨金水教授团队用“仿生思维”与“超材料技术”证明:跨界创新的本质,是抓住不同领域装备的性能共性,用基础研究的底层逻辑打通应用壁垒。
正如杨教授所言:“轻质高强、减振降噪、抗冲击——这些需求在空天与海洋领域一脉相承。”
下期内容,敬请期待!