重慶大學(xué)航天航空學(xué)院教授李衛國的最新研究成果是,在明確溫度這一單一變量的狀況之下,就可以預測出相關(guān)材料的力學(xué)行為和強度性能,其成果被國內外學(xué)者認為是該領(lǐng)域的重大突破,在他的眼中,這些材料力學(xué)行為隨溫度的演化都可以用理論模型進(jìn)行預測。他為進(jìn)一步促進(jìn)我國航空航天、能源及核工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展作出了貢獻。
創(chuàng )造性提出無(wú)擬合參數的“溫度相關(guān)性理論模型”
隨著(zhù)現代科技的快速發(fā)展,拓展服役條件的需求愈發(fā)強烈,材料在超常條件下的性能成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。拿航空航天領(lǐng)域來(lái)講,飛行器在高速運行時(shí)溫度可達3000攝氏度以上,那么在這樣的高溫條件下,什么樣的材料才能滿(mǎn)足這么苛刻的使役需求,以及其力學(xué)行為會(huì )發(fā)生怎樣的變化?這些問(wèn)題都一直困擾著(zhù)科研工作者,也制約著(zhù)我國相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
李衛國自2005年在清華大學(xué)做博士后研究工作起,便開(kāi)始從事超高溫極端條件下固體力學(xué)行為與強度理論的研究。“那時(shí)候,我國還沒(méi)有建立起材料性能和相關(guān)溫度之間的定量關(guān)系,要測試一個(gè)材料在什么溫度下會(huì )發(fā)生斷裂或者變形,只能靠實(shí)驗。”李衛國說(shuō),實(shí)驗不僅耗時(shí)耗力,最為關(guān)鍵的是成本太高。之后,建立基于物理機理的高溫強度理論預測模型成了李衛國最大的課題。
為了攻克這一難題,李衛國搜集整理了各類(lèi)實(shí)驗數據,夜以繼日地對數據進(jìn)行歸類(lèi)分析。經(jīng)過(guò)不懈努力,創(chuàng )造性地提出了材料性能溫度相關(guān)性建模思想,突破了溫度對現有強度理論模型的禁錮,并首次針對超高溫陶瓷材料建立了不包含任何擬合參數的溫度相關(guān)性斷裂強度理論表征模型。
無(wú)擬合參數意味著(zhù)什么?諾貝爾物理學(xué)獎獲得者列夫·達維多維奇·朗道說(shuō)過(guò):“一個(gè)模型的價(jià)值隨它包含的擬合參數的數目成指數級下降”。李衛國教授提出的模型,不需要任何擬合參數,突破了原有高溫理論模型對于擬合參數的需求,大大降低了研究高溫力學(xué)行為的實(shí)驗難度,同時(shí)提高了實(shí)驗結果的準確度。
自主研發(fā)測試儀器打破歐美技術(shù)壟斷
說(shuō)起全世界的航天事業(yè),總是不能忽略偉大而悲愴的哥倫比亞號航天飛機。1981年首次發(fā)射,揭開(kāi)了世界航天史上新的一頁(yè)。2003年2月1日,哥倫比亞號航天飛機在經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)產(chǎn)生了高達1400攝氏度的熱空氣,致使機翼出現裂隙,超高溫氣體進(jìn)入機體,最終在空中爆炸解體,7名宇航員全部遇難。而哥倫比亞號航天飛機使用的熱防護材料正是由陶瓷材料構成的。
近年來(lái)我國對飛行器熱防護材料強度的研究從未間斷過(guò),但仍然存在很多亟待解決的難題。“特別是歐美等國家的技術(shù)壟斷,讓我們更加迫切希望在這一領(lǐng)域擁有屬于自己的技術(shù)。”為此,李衛國開(kāi)始了漫漫“取經(jīng)路”。
在諸如航空航天、能源勘測等領(lǐng)域,材料所經(jīng)受的超長(cháng)環(huán)境是復雜多變的,可能是高溫狀態(tài),也可能是極寒溫度,可能氧氣富足,也可能氧氣稀薄。鑒于此,在之前提出的“溫度相關(guān)性強度模型”的基礎上,李衛國研制了一種測試儀器,通過(guò)建立三個(gè)不同的環(huán)境模塊,讓試件在不同的環(huán)境模塊間切換,以此來(lái)模擬復雜熱沖環(huán)境對材料的影響。
現在,在李衛國團隊的努力下,測試版儀器已經(jīng)完成。“接下來(lái),我們將通過(guò)實(shí)驗對設備進(jìn)行完善改進(jìn),希望研制出能夠測試各種復雜環(huán)境的儀器,助力我國航天事業(yè)的發(fā)展。”李衛國表示,這一設備的研制,將會(huì )廣泛應用于對熱障材料、環(huán)境障涂層的性能檢測,相當于為高溫材料應用又增加了一道保障。“真金不怕火煉”,經(jīng)過(guò)這樣高標準的測試檢測能保持原有性能的高溫材料,才能經(jīng)得住現實(shí)復雜沖擊環(huán)境的考驗,為國家航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域提供安全保障。
經(jīng)常為了一個(gè)問(wèn)題和學(xué)生討論到深夜
李衛國不僅僅是一名在高溫固體力學(xué)領(lǐng)域優(yōu)秀的研究者,同時(shí)也是重慶大學(xué)航空航天學(xué)院的博士生導師,在平時(shí)指導教育學(xué)生時(shí),言傳身教,用自己對待科研嚴謹的態(tài)度影響著(zhù)自己的學(xué)生。
“李老師以身作則對待科研的嚴謹態(tài)度,讓我們受益匪淺。在學(xué)術(shù)研究上,李老師總是要求我們在保質(zhì)保量完成學(xué)業(yè)的基礎上,成為這一領(lǐng)域的全國優(yōu)秀人才。”2017級在讀博士鄧勇說(shuō),李教授對待科研工作滿(mǎn)腔熱忱,經(jīng)常為了一個(gè)問(wèn)題和學(xué)生討論到深夜,這種執著(zhù)的精神也影響著(zhù)學(xué)生們,全身心地跟隨導師投身科研工作。
除了培養高等教育人才,李衛國還參與了重慶市青少年創(chuàng )新人才“雛鷹計劃”,積極啟發(fā)培養高中生的科研創(chuàng )新能力。據了解,李衛國已經(jīng)指導了四期來(lái)自南開(kāi)中學(xué)“雛鷹計劃”學(xué)員,正在準備申報下一期的志愿者導師,在所教授的高中生學(xué)員中,有5人參與發(fā)表了SCI論文,申請發(fā)明專(zhuān)利6項。
作為一名科研工作者,李衛國認真嚴謹,開(kāi)拓創(chuàng )新,攻克一個(gè)又一個(gè)科研難題;作為一名教育工作者,李衛國甘為人梯,傳道、授業(yè)、解惑,為我國科研創(chuàng )新培養人才。他說(shuō),自己將一直堅守在科研、教學(xué)的第一線(xiàn),用創(chuàng )造性的思維和嚴謹求實(shí)的態(tài)度迎接下一項科研挑戰。
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