“聽材料之聲,探未來之路。由中國復合材料學會推出的《復材之聲》,聚焦復合材料前沿科技、產業動態和專家觀點。致力于搭建一個交流平臺,匯行業精英,享真知灼見,共同推動中國復合材料產業蓬勃發展!”
復合材料,是科技創新的重要基石,也是推動產業變革的關鍵力量。在新能源、航空航天、電子信息等領域,高性能復合材料正發揮著不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的極限?如何實現從實驗室到產業化的跨越?這些問題不僅關乎技術本身,更關乎國家科技競爭力的提升。
當航空航天的高強度材料“潛入”深海,當艦船齒輪箱的隔振技術“飛向”宇宙——復合超材料正打破領域邊界,成為高端裝備創新的共性語言。如何讓材料同時實現“超輕高強”與“抗沖吸能”?智能技術如何為裝備賦予“自感知”的生命力?跨領域技術復用存在哪些黃金法則?

本期《復材之聲》對話哈爾濱工程大學楊金水教授,揭開技術跨界融合的底層邏輯:
仿生設計+機械超材料:軟硬結合破解“強韌矛盾”,已應用于某型艦船齒輪箱隔沖減振
分布式傳感+激光超聲:從成型預判到損傷預警,打造裝備全壽命周期智能管理鏈
空天-海洋技術復用三原則:輕質高強、減振降噪、抗沖擊——高端裝備的共性基因
學會標準化破局路徑:跨領域數據庫+國際協同,構建抗沖擊性能評價新體系
讓我們跟隨楊金水教授的視角,看多功能材料如何重塑高端裝備未來!
一、楊老師,您在航空航天和海洋船舶領域研發多功能復合超材料結構時,如何解決‘超輕高強’與‘抗沖吸能’等性能間的矛盾?能否以某型裝備為例,說明核心設計策略?
楊教授回答:眾所周知,超輕高強與抗沖吸能本身存在矛盾,這一點已被眾多專家和青年學者所論述。強度與韌性之間的矛盾如何解決?我們團隊對此進行了一系列嘗試。首先,我們借鑒自然界的仿生思想,采用軟硬結合的方式,并開發應用了一些新型多功能結構材料,同時兼顧其強度和韌性。其次,結合我們團隊多年來在輕質多孔結構方面的研究特色,引入機械超材料、負剛度及負泊松比材料,并通過對人工周期多孔結構進行復合化處理,從而在優化設計中實現對超輕高強與抗沖吸能的兼顧提升。目前,部分成果已應用于某型艦船齒輪箱結構隔沖減振設計。
二、楊老師,團隊在結構智能化(如損傷檢測)方向取得了哪些創新成果?基于復合超材料的自感知技術如何提升裝備的全壽命周期管理能力?
楊教授回答:這個問題實際上我們團隊也進行了一些探索。例如,在無損檢測領域,我們團隊針對工程需求,開展了分布式應變片、光纖光柵以及振動模態柔度法的應用研究。此外,我們還對激光超聲和空氣耦合技術進行了探索。
在復合材料結構全壽命周期過程中,首先,我們可以預判和掌握結構在成型過程中的多物理場關鍵性能參數,以優化工藝流程;其次,在裝備服役過程中,能夠及時預警潛在損傷的出現;最后,在運維方面,可以迅速定位缺陷,并給出損傷判定和修復方法參考,從而最大程度降低成本。
三、楊老師,您的研究橫跨航空航天與海洋船舶兩大領域,哪些技術經驗可實現跨領域復用?深海裝備的極端環境需求對空天材料研發有何啟發?
楊教授回答:這個問題提得非常好。實際上,許多技術在多個領域都具有共性,包括航空航天、船舶海洋等領域。我們也在汽車交通方面進行了一些工作。簡單來說,我認為有幾點值得關注:
首先,是輕質高強。當前,我們追求輕量化的同時,還需兼顧材料的強度。任何裝備都有眾多需求,這一點尤為重要。
其次,是減振降噪。有效控制裝備的噪聲和振動至關重要,這不僅直接影響裝備的疲勞壽命,還關系到人員的舒適度。這也與綠色環保的發展趨勢相契合。
此外,沖擊性能也不容忽視。裝備需要防護,因此必須設計多種防護裝置。無論是航空航天還是海洋領域,這類裝置都是必不可少的。由此可見,許多共性的基礎技術在各領域都是相通的。
四、楊老師,作為中國復合材料學會成員,您認為學會在推動復合超材料技術標準化(如抗沖擊性能評價體系)方面應如何發力?
楊教授回答:我認為首先充分利用學會這一平臺,組織跨領域的綜合評價,涵蓋航空航天、船舶、海洋、汽車、交通、軌道等多個領域,將這些跨領域的評價成果整合在一起;其次,建議建立共用的數據庫,通過數據庫與機器學習相結合的方式,便捷地服務于大家的學習與研究;最后,我認為應加強國際間的合作,或稱之為協同合作,例如,借助該平臺推動更多青年專家參與到ISO標準的相關工作中。
從齒輪箱的隔振設計到裝備的智能“把脈”,楊金水教授團隊用“仿生思維”與“超材料技術”證明:跨界創新的本質,是抓住不同領域裝備的性能共性,用基礎研究的底層邏輯打通應用壁壘。
正如楊教授所言:“輕質高強、減振降噪、抗沖擊——這些需求在空天與海洋領域一脈相承。”
下期內容,敬請期待!