今天(5月4日)是五四青年节。今年,湖北分别有1人1集体获“中国青年五四奖章”,其中华中科技大学数字化材料成形与装备团队获得集体奖,该团队共有65人,青年人才占比超过八成,自1985年成立以来,这个团队老中青三代科技人才接力耕耘,成为全球唯一能自主开发材料成形全系列模拟技术的科研队伍,让我们走进他们的科研故事。
历时6年攻关 攻克关键智能技术
碳纤维复合材料广泛应用于汽车、电子产品等领域,但由于这种材料内部结构复杂,传统的光纤传感器材质较硬,难以穿透监测,信号不稳定导致监测精度严重不足。华中科技大学数字化材料成形与装备团队成员之一的周何乐子就带着成员们另辟蹊径,历时6年,在国内第一个用高分子材料设计出薄膜柔性传感器。
它能深埋于器件之内,在材料成型阶段,可以精确监测板材内部情况,助力调控温度、压力等工艺参数,降低次品率,缩短研制周期并削减生产成本;在使用阶段,可以实时监测器件在震动、冲击、疲劳过程中的内部损伤,但问题也随之而来,封装传感器容易导致产品出现漏气等问题。
“前后花费了大半年的时间,不断地尝试各种封装方法,我们尝试了购买国外的封装胶,将薄膜和细导线进行连接。”华中科技大学数字化材料成形与装备团队成员周何乐子告诉记者,几经尝试后,他们发现这种胶不是容易断,就是对信号稳定性有影响。请教老师后,他们把细导线和薄膜印刷到一起,形成了一个整体的传感器。
不断试错、不怕试错 硬骨头也要啃!
攻克传感器材料难题是打好基石,开发监测系统数字化软件则是技术能否应用的关键。团队内负责软件开发的博士生丁浚纯告诉记者,一开始,现有的数学模型和仿真技术根本无法解决问题,必须自己建立新模型。几个月的时间,产品生产的现场没少去,仿真代码没少写,但数百次的计算测试,所有的结果竟然出人意料的不一致,计算与实验不符,这对丁浚纯的打击非常大。好在每次汇报时,团队老师都会鼓励他说:“经历多次失败的研究,往往更接近成功。”这让他坚定决心继续尝试下去,两个月后,终于看到了相互吻合的计算结果与实验数据。
“我们做的是预研性的工作,老师也会跟企业协调,给我们留出更多的时间,也给我们提供更多验证的资源。”丁浚纯说,课题组提供了充足的空间和时间,允许大家去试错,这也让周何乐子和其他团队成员充满了信心。
“我们不会因畏难而不做,学生啃了硬骨头,他的能力也会提高很多。对于整个团队而言,这是解决国家所需的关键问题,也是从‘0’到‘1’的突破。”
从“0”到“1” 三代人的青春接力
从“0”到“1”,从跟跑到领跑,“国家需要什么,我们就研究什么”,这种精神早在1985年就开始传承。当时团队创始人、中国工程院院士李德群毅然放弃高薪留美机会,响应导师号召回国,最艰难时,课题组只剩他和年仅25岁的周华民在坚守,经过5年技术攻关,团队开创数字化材料成形新方向,开发出国产成形模拟系列软件,堪称中国材料成形工艺优化设计的最强大脑。
2012年,周华民接过团队的大旗,带领31岁的张云等第三代青年教师从锂电池装备基础学起,团队攻克系列数字化成形技术难点,成功研制大容量锂电池系列装备,将我国锂电装备从产业链洼地提升至制高点:装备全球市场占有率第一,还反向出口美日德韩等强国,确立我国锂电装备全球领先优势。研制的电池装机天宫号空间站、奋斗者号深潜器、嫦娥五号探测器等国之重器,他们用三代人的青春之力将我国数字化材料成形做到世界领先。
华中科技大学数字化材料成形与装备团队负责人周华民说,一路走来,尽管碰到过很多困难:实验条件欠缺、研究基础薄弱、老师们也有过动摇……但他们没有丝毫放弃的想法。“当时就用李德群院士做科研的事迹来鼓励大家,李老师当年带领我们做塑料成型仿真软件的时候,计算机很缺乏,一台计算机得几个人分时来用。没有条件,我们创造条件也要上!”
40年来,团队专注数字化材料成形研究,成为全球唯一能自主开发材料成形全系列模拟技术的队伍;研发的仿真工业软件在1000余家单位应用,解决国外软件禁售难题;提出“表面模型”概念,破解行业30多年建模瓶颈,被赞为“成形模拟史上的重要里程碑”,发明的成形仿真动力显式算法,其计算效率世界最高。
团队还服务于国家重大装备研制,如国内首次成形出变厚度、大曲率航空航天透明件,规模应用于四代战机、新型反潜直升机等重要型号,使中国成为美国外唯一掌握该技术的国家......团队还将重心放在培养新时代卓越材料人上,形成“学术带头人—青年学者—青年学子”的育人梯队,打造“青蓝相继”育人模式,团队目前发展到65人,35岁以下青年占比 81.5%。
接过中国青年五四奖章集体这份沉甸甸的荣誉,周华民说,这是国家对团队工作的认可,更是一种鞭策。从数字化走向智能化,任重而道远。团队将继续为培养堪当时代重任的接班人培土固基,让科研之花结出丰硕的果实。
(长江云新闻记者 汪佳睿 唐清辉 王宇 美编 蒋艳)