獎項：2017年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎

      獲獎項目：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)用于航空航天和國防領(lǐng)域。因為在高性能碳纖維復(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)隊榮獲2017年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

      碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢是眾所眾知的，然而其加工難度卻是一個世界性的難題。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)計性能難以保證，實際性能難以準(zhǔn)確計算，無法實現(xiàn)構(gòu)件的高性能加工，嚴(yán)重制約此類材料的推廣應(yīng)用，限制了裝備性能的提升。賈振元團(tuán)隊的“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，將我國碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件加工技術(shù)推進(jìn)到國際先進(jìn)水平。

      源頭創(chuàng)新，實現(xiàn)并跑領(lǐng)跑

      碳纖維復(fù)合材料是由纖維和樹脂經(jīng)過賦形、固化而成，細(xì)觀呈多相混合態(tài)、宏觀層疊、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。而國內(nèi)外浩如煙海的研究中，又沒有系統(tǒng)地從碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成機(jī)理上說清楚造成碳纖維復(fù)合材料加工損傷的緣由，更沒有從工程實踐中提煉出具有推廣指導(dǎo)意義的、解決共性問題的基礎(chǔ)理論。

      “國外大公司靠大量經(jīng)費與時間，耗時耗力，最后摸索出的經(jīng)驗是企業(yè)的核心機(jī)密，人家不會告訴你，也不會賣給你”，賈振元說，“我們要在短時間內(nèi)實現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，沒有基礎(chǔ)研究做支撐，你就超不過去?！?/p>

      團(tuán)隊成員高航回憶：“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，對高質(zhì)加工提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！?/p>

      經(jīng)過反復(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，開辟和建立一個適應(yīng)碳纖維復(fù)合材料加工新的理論體系，工程問題和理論問題同時去解決。

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

      團(tuán)隊加大材料、力學(xué)、機(jī)械等多學(xué)科交叉融合的研究力度，在“973計劃”、國家自然科學(xué)基金、國家863重點課題、國家“04專項”研究任務(wù)等項目經(jīng)費支持下，以基礎(chǔ)理論研究為著眼點，重新搭建實踐平臺，開發(fā)新的實驗裝置，進(jìn)行大量的材料分析、力學(xué)計算和機(jī)械加工實驗，實現(xiàn)了理論與實驗的充分結(jié)合。

      終于，賈振元團(tuán)隊在碳纖維復(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程動態(tài)仿真模型，實現(xiàn)了切削理論的源頭創(chuàng)新。

      運用他們建立的加工理論，能在加工之前對損傷進(jìn)行初步預(yù)測，通過開發(fā)工具和設(shè)計工藝進(jìn)行有針對性調(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、可計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。

      “做科研要找對路子”，這是賈振元常說的一句話，“刻苦的人很多，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)方向，道兒走對了可能事半功倍，道兒走錯了，你費大力氣、繞大圈子也不一定能夠成功。”

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