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【聚焦】重大喜訊!大工賈振元團隊喜獲2017年度國家技術發明一等獎!

中共中央、國務院1月8日上午在北京隆重舉行國家科學技術獎勵大會。黨和國家領導人習近平李克強張高麗王滬寧出席大會並為獲獎代表頒獎。大工賈振元教授主持完成的科研成果「高性能碳纖維複合材料構件高質高效加工技術與裝備」榮獲國家技術發明一等獎。國家科學技術獎是在科學技術領域設立的最高榮譽,其中的國家技術發明一等獎(通用項目類)本年度有2項。

大工此項成果是繼2008年由郭東明院士為學科帶頭人的現代製造技術科研團隊獲得國家技術發明一等獎后,該團隊第二次摘得此桂冠;是大工科技創新堅持面向國家重大需求和國際學術科技前沿,集中學科優勢加強原始創新,推動產學研協同創新取得的重大成果。

碳纖維增強樹脂基複合材料(以下簡稱碳纖維複合材料)輕質、高強,對於「一克重就是一克金」的航空、航天、交通等領域高端裝備減重增效,具有非同尋常的意義。然而由於碳纖維複合材料細觀呈多相混合態、宏觀層疊、各向異性,加工中在力、熱的作用下,與金屬等各向同性均質材料相比,碳纖維增強樹脂基複合材料的失效行為及去除機理迥異,傳統加工理論和技術難以實現高性能要求的碳纖維複合材料構件高質高效加工,嚴重製約了碳纖維複合材料的推廣與應用。

「高性能碳纖維複合材料構件高質高效加工技術與裝備」科研成果,從源頭上解決了碳纖維複合材料在加工中出現的具有挑戰性的難題,即加工中極易產生損傷、且隨機不可控,構件性能難以精確計算,構件的高性能要求難以保證等問題,實現了碳纖維複合材料構件加工基礎理論的源頭創新,將碳纖維複合材料構件加工技術推進到國際先進水平

技術發明成果主要體現在:

首先,在碳纖維複合材料切削原理研究方面取得重大突破,揭示了碳纖維複合材料加工去除機理和加工損傷產生機制,建立了適合碳纖維複合材料加工的新切削理論體系。

該理論體系闡明了導致碳纖維複合材料構件出現毛刺、撕裂和分層等加工損傷的根本原因;通過材料、力學、機械多學科交叉研究,揭示出加工過程中細觀纖維斷裂、樹脂及界面開裂直至宏觀成屑的演化過程,建立了切削力和切削過程動態模擬模型,為加工工具和加工工藝的創新設計提供了理論支撐。

其次,在碳纖維複合材料加工損傷抑制原理上,實現多項原創性發明,並研製出制孔、銑削等系列加工工具。

提出了微刃力小化抑制損傷原理,實現加工過程的「微元去除」;通過巧妙設計工具以及切削運動的配合,發明了「反向剪切」原理,實現表層纖維有效切斷。基於「微元去除」和「反向剪切」原理,先後發明三類9個系列的制孔、銑削等加工刀具,加工損傷由原來的厘米、毫米量級減至0.1毫米內,加工理論與技術進入國際領先水平。刀具壽命高於進口刀具的2-7倍,價格僅為1/6-1/4。「微元去除」「反向剪切」等系列技術獲多項發明專利

第三,關於加工損傷抑制工藝,揭示出碳纖維複合材料切削質量隨溫度的變化規律,發明了負壓逆向冷卻和具有自風冷排屑功能的系列加工工藝。

創建了典型構件加工工藝資料庫。他們大膽嘗試工藝創新,發明了在位隨行加工方法、低應力柔性工裝和隨動除塵裝置,研發出13台套數控加工工藝裝備,填補了國內空白,成為航空航天多個重點型號複合材料關鍵構件加工的唯一裝備。

第四,碳纖維複合材料加工切削理論的建立,實現了碳纖維複合材料加工損傷的有效抑制,解決了碳纖維複合材料機械加工中損傷易發且隨機不可控的難題,為加工損傷控制和構件性能可預測、可計算以及高性能製造奠定了基礎,為碳纖維複合材料在高端裝備中的應用,提升高端裝備的性能提供了前提和保證。該科研成果在航天一院、三院、中航工業和商飛等企業被推廣應用。

此外,研發團隊在精密測試方向上取得了令人矚目的成績。研究成果成功應用在「嫦娥落月」火箭發動機推力矢量測量上;開發了一系列火箭發動機推力測試的系列裝置。

完成某型航空裝備載荷投放風洞試驗技術研究。克服了高速氣流、空間狹小、照度灰暗、電磁干擾大等惡劣環境限制,實現了風洞試驗載荷投放過程中,艙門打開、載荷投放、載荷初始位姿及空間運動過程的各種參數的測試,成功研發了測試裝置,圓滿完成任務。



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