青年科技工作者是科技創新的主力軍。「青年人要有勤於學習和獨立思考的能力;要有良好的溝通交流和團隊協作能力;要有勇於接受挑戰的魄力和永不言敗的意志力;最重要的一點,年輕人應該有家國情懷。」北京理工大學副研究員、博士生導師雷紅帥在接受新華網記者採訪時說。
雷紅帥與團隊一直從事輕質多功能材料與結構的力學設計方法、製造技術和性能評價相關研究工作。如今,複合材料在生活當中運用相當廣泛,諸如滑雪板、漁具、汽車零部件等領域都有應用。複合材料密度比傳統金屬材料小,強度卻比傳統金屬材料高,同時,複合材料的可設計空間更大,可以實現強度和模量的調控。基礎材料普遍情況下都不具備這個優勢。
2016年至2019年,雷紅帥團隊和中車集團聯合開展磁懸浮列車複合材料懸浮架結構研製工作。懸浮架結構是磁懸浮列車系統裡面關鍵的主承力部件,原先一直採用金屬鑄造結構,重量大、零部件多、集成化程度低,嚴重影響了磁懸浮列車速度提升及整車運載效率。
由於懸浮架結構載荷形式多、構型複雜、一體化製造難度大,同時需考慮材料的阻燃特性等問題。當初課題啟動之時,磁懸浮列車複合材料懸浮架結構研製在國際上都是一個非常具有挑戰性的難題。為了攻克這個難題,雷紅帥團隊夜以繼日,不斷摸索。由於碳纖維複合材料成本高,為了提高效率、保證成功率,雷紅帥與團隊工作人員經常連續實驗二十幾小時,困了就睡在實驗室的地板上。科研的道路沒有一帆順風的,是一個漫長的過程,階段性的勝利後可能面臨接連不斷的失敗,雷紅帥卻一直保持著樂觀的態度,「儘管實驗一次次失敗,但是失敗也能夠提高認知水平,分析為什麼失敗,作為下一次的借鑑。我選擇了這條路,就會一直堅持下去,因為我們永遠不會知道下一次的結果。」
「雖然中途不可避免地失敗了幾次,但當有一天我們發現做出的結構件與預期尺寸偏差很小的那一刻,我們如釋重負,晚上終於可以睡一個好覺了。」雷紅帥說。功夫不負有心人,最終雷紅帥團隊通過結構優化設計、工藝力學仿真、模具設計和低成本製造等技術途徑,突破了大尺寸主承力複合材料異型部件的一體化設計與製造關鍵技術問題,首次實現了全複合材料磁懸浮列車懸浮架結構研製,與原金屬結構相比減重達到38.4%,成本降低20%以上,抗振動性能提高60%以上,且已通過靜強度與剛度、模態阻燃、煙毒、老化和油漆附著力等工程應用相關指標要求,該成果未來有望應用於我國新一代高速磁懸浮列車。
談起青春裡最熱血的回憶,雷紅帥說是自己的研究成果得到認可的那一刻。「讀書不一定能改變世界,但讀書可以改變自己。這麼多年,我一直用這句話來鞭策自己。」不管是讀書還是從事科研工作,雷紅帥一直保持著飽滿的科研熱情,不斷學習,汲取新的知識。作為一名教師,雷紅帥認為,廣大科研青年應該具備高瞻遠矚的素質,而不是急功近利。「絕不能為了一些研究成果而編造數據。」雷紅帥說,科研和學術應該保持嚴謹的態度,「學生應該靜下心來,深入科學研究,多與老師、同學交流,調整好自己的心態,既然你從事了這個行業,你就必須去熱愛它。」
特別鳴謝:中國科協推薦專家。
本作品為「科普中國-科技前沿大師談」原創,轉載時務請註明出處。