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)，高航(大連理工大學)，王福吉(大連理工大學)，鮑永杰(大連理工大學)，李蘭柱(航天材料及工藝研究所)，劉建波(哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責任公司)

      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。高性能碳纖維增強樹脂基復合材料因其輕質(zhì)、高強，被廣泛應用于航空航天和國防領(lǐng)域。因為在高性能碳纖維復合材料構(gòu)件加工方面做出的貢獻，大連理工大學教授賈振元團隊榮獲2017年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

      碳纖維復合材料的優(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。碳纖維復合材料與金屬等均質(zhì)材料加工機理迥異，傳統(tǒng)加工方式極易產(chǎn)生損傷，且隨機不可控，構(gòu)件的設(shè)計性能難以保證，實際性能難以準確計算，無法實現(xiàn)構(gòu)件的高性能加工，嚴重制約此類材料的推廣應用，限制了裝備性能的提升。賈振元團隊的“高性能碳纖維復合材料構(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合材料的加工難題，將我國碳纖維復合材料構(gòu)件加工技術(shù)推進到國際先進水平。

      源頭創(chuàng)新，實現(xiàn)并跑領(lǐng)跑

      碳纖維復合材料是由纖維和樹脂經(jīng)過賦形、固化而成，細觀呈多相混合態(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，碳纖維增強樹脂基復合材料的失效行為及去除機理迥異，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)地從碳纖維復合材料構(gòu)成機理上說清楚造成碳纖維復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)加工提出了嚴峻挑戰(zhàn)?！?/p>

      經(jīng)過反復研討，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碳纖維復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隊在基礎(chǔ)理論研究上開疆拓土，重新打造一番新天地。

      團隊加大材料、力學、機械等多學科交叉融合的研究力度，在“973計劃”、國家自然科學基金、國家863重點課題、國家“04專項”研究任務等項目經(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，進行大量的材料分析、力學計算和機械加工實驗，實現(xiàn)了理論與實驗的充分結(jié)合。

      終于，賈振元團隊在碳纖維復合材料切削理論和加工損傷抑制原理上取得突破：揭示出碳纖維復合材料去除機理和損傷形成機制，提出了針對碳纖維復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行初步預測，通過開發(fā)工具和設(shè)計工藝進行有針對性調(diào)整，控制甚至抑制加工損傷，解決了碳纖維復合材料機械加工中損傷易發(fā)且隨機不可控的難題，為加工損傷控制和構(gòu)件性能可預測、可計算以及高性能制造奠定了基礎(chǔ)，為碳纖維復合材料在高端裝備中的應用，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?！?/p>

      “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，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”，團隊成員王福吉說。