獎(jiǎng)項(xiàng)：2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

      獲獎(jiǎng)項(xiàng)目：高性能碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工技術(shù)與裝備

      完成人：賈振元(大連理工大學(xué))，高航(大連理工大學(xué))，王福吉(大連理工大學(xué))，鮑永杰(大連理工大學(xué))，李蘭柱(航天材料及工藝研究所)，劉建波(哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

      一克重就是一克金。在航空、航天、交通等領(lǐng)域，重量的減輕往往意味著性能的大幅提升和能耗的大幅降低。高性能碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于航空航天和國(guó)防領(lǐng)域。因?yàn)樵诟咝阅芴祭w維復(fù)合材料構(gòu)件加工方面做出的貢獻(xiàn)，大連理工大學(xué)教授賈振元團(tuán)隊(duì)榮獲2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

      碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)是眾所眾知的，然而其加工難度卻是一個(gè)世界性的難題。碳纖維復(fù)合材料與金屬等均質(zhì)材料加工機(jī)理迥異，傳統(tǒng)加工方式極易產(chǎn)生損傷，且隨機(jī)不可控，構(gòu)件的設(shè)計(jì)性能難以保證，實(shí)際性能難以準(zhǔn)確計(jì)算，無(wú)法實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的高性能加工，嚴(yán)重制約此類(lèi)材料的推廣應(yīng)用，限制了裝備性能的提升。賈振元團(tuán)隊(duì)的“高性能碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工技術(shù)與裝備”科研成果實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件加工基礎(chǔ)理論的源頭創(chuàng)新，從源頭上解決了碳纖維復(fù)合材料的加工難題，將我國(guó)碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件加工技術(shù)推進(jìn)到國(guó)際先進(jìn)水平。

      源頭創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)并跑領(lǐng)跑

      碳纖維復(fù)合材料是由纖維和樹(shù)脂經(jīng)過(guò)賦形、固化而成，細(xì)觀(guān)呈多相混合態(tài)、宏觀(guān)層疊、各向異性，加工中在力、熱的作用下，與金屬等均質(zhì)材料相比，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的失效行為及去除機(jī)理迥異，是典型的難加工材料。而國(guó)內(nèi)外浩如煙海的研究中，又沒(méi)有系統(tǒng)地從碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成機(jī)理上說(shuō)清楚造成碳纖維復(fù)合材料加工損傷的緣由，更沒(méi)有從工程實(shí)踐中提煉出具有推廣指導(dǎo)意義的、解決共性問(wèn)題的基礎(chǔ)理論。

      “國(guó)外大公司靠大量經(jīng)費(fèi)與時(shí)間，耗時(shí)耗力，最后摸索出的經(jīng)驗(yàn)是企業(yè)的核心機(jī)密，人家不會(huì)告訴你，也不會(huì)賣(mài)給你”，賈振元說(shuō)，“我們要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，沒(méi)有基礎(chǔ)研究做支撐，你就超不過(guò)去?！?/p>

      團(tuán)隊(duì)成員高航回憶：“從2005年到2009年，我們雖然也曾較好地解決了若干航空和航天企業(yè)復(fù)合材料構(gòu)件加工中遇到的難題，但是加工質(zhì)量提升到一定程度就受限，原因在于工程中沿用的是傳統(tǒng)的金屬等均質(zhì)材料切削理論，而碳纖維復(fù)合材料為各向異性，材料特性和材料結(jié)構(gòu)與金屬等各向同性均質(zhì)材料完全不同，易產(chǎn)生加工損傷，對(duì)高質(zhì)加工提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”

      經(jīng)過(guò)反復(fù)研討，賈振元果斷提出，必須突破傳統(tǒng)金屬等均質(zhì)材料切削理論體系的束縛，開(kāi)辟和建立一個(gè)適應(yīng)碳纖維復(fù)合材料加工新的理論體系，工程問(wèn)題和理論問(wèn)題同時(shí)去解決。

      要建立理論體系，必須在前人的基礎(chǔ)上有所突破。實(shí)踐上的難題倒逼賈振元團(tuán)隊(duì)在基礎(chǔ)理論研究上開(kāi)疆拓土，重新打造一番新天地。

      團(tuán)隊(duì)加大材料、力學(xué)、機(jī)械等多學(xué)科交叉融合的研究力度，在“973計(jì)劃”、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863重點(diǎn)課題、國(guó)家“04專(zhuān)項(xiàng)”研究任務(wù)等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持下，以基礎(chǔ)理論研究為著眼點(diǎn)，重新搭建實(shí)踐平臺(tái)，開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行大量的材料分析、力學(xué)計(jì)算和機(jī)械加工實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)的充分結(jié)合。

      終于，賈振元團(tuán)隊(duì)在碳纖維復(fù)合材料切削理論和加工損傷抑制原理上取得突破：揭示出碳纖維復(fù)合材料去除機(jī)理和損傷形成機(jī)制，提出了針對(duì)碳纖維復(fù)合材料加工的切削理論，建立了切削力和切削過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型，實(shí)現(xiàn)了切削理論的源頭創(chuàng)新。

      運(yùn)用他們建立的加工理論，能在加工之前對(duì)損傷進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，通過(guò)開(kāi)發(fā)工具和設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行有針對(duì)性調(diào)整，控制甚至抑制加工損傷，解決了碳纖維復(fù)合材料機(jī)械加工中損傷易發(fā)且隨機(jī)不可控的難題，為加工損傷控制和構(gòu)件性能可預(yù)測(cè)、可計(jì)算以及高性能制造奠定了基礎(chǔ)，為碳纖維復(fù)合材料在高端裝備中的應(yīng)用，提升高端裝備性能提供了前提和保證。

      “做科研要找對(duì)路子”，這是賈振元常說(shuō)的一句話(huà)，“刻苦的人很多，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)方向，道兒走對(duì)了可能事半功倍，道兒走錯(cuò)了，你費(fèi)大力氣、繞大圈子也不一定能夠成功?！?/p>

      “整個(gè)研究我們用了十幾年，跟別人幾十年的研究相比，時(shí)間并不長(zhǎng)，這得益于賈老師方向把得準(zhǔn)，他分析問(wèn)題敏銳，能夠直指問(wèn)題的癥結(jié)，所以我們彎路走得少，或者不走彎路”，團(tuán)隊(duì)成員王福吉說(shuō)。