奔跑在这样一片浸满足球文化的土... 近日,《一路上有你2》公开的一...
李玉芹
航空、航天、交通等领域的高端装备，质量越轻就跑得越快、飞得越远，有效载荷也就越大。
那么，该如何减轻重量？
巧妙的设计与轻质的材料成为减轻重量的两种途径。复合材料因具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳及性能可设计等优点，成为最具潜力的工程材料，并被广泛地应用到航空航天制造业中。然而，光有好材料还不行，加工技术必须要跟得上。“复合材料虽采用近净工艺成型，但仍需经过切边、制孔等系列机械加工才能连接装配，用到高端装备上。”上海交通大学机械与动力工程学院特别副研究员徐锦泱说。
作为一个从小就对机械加工饱含浓厚兴趣的人，现在的他正埋身于复合材料/金属叠层结构精密制孔与专用刀具开发的研究领域里探索耕耘，追求成为一个披荆斩棘的科研工作者。他说，既然选择了科研这条路，并在自己所喜欢的领域里，就得风雨兼程，就得为满足国家需求不断向前。
一马当先的科研赶路人
在复合材料家族里，碳纤维增强复合材料（CFRP）因轻巧又具备高比强度、高比模量，且易实现材料与结构整体同步制造，已成为高端装备减重增效的优选材料。“碳纤维增强复合材料，以其优异的物理力学性能，如高比模量、高比强度、良好的抗腐蚀性、低热膨胀系数等，在工业界获得了越来越广泛的应用。作为结构材料，它通常与金属合金组成叠层结构，在减轻重量的同时利用材料的不同特点获得更优异的综合力学性能，因此可以满足大型飞机结构件在极端服役条件下对性能和轻量化的要求。”徐锦泱说。
然而，复合材料是一种难加工材料。尤其是用于飞机机翼和尾翼的碳纤维复合材料与金属合金组成的叠层结构中，在装配过程中需要加工大量的铆接和螺接孔。由于碳纤维复合材料层间结构特点和两种材料性能的巨大差异，使得叠层制孔质量难以保证且刀具磨损严重，导致复合材料加工过程中很容易产生毛刺、撕裂、分层等损伤。这些损伤会影响连接件的承载性能、疲劳寿命和可靠性。因此，研究复合材料叠层结构高效、高质量制孔技术对其产品连接强度、刚度、安全性以及提高飞机的机械性能都具有非常重要的意义。在国家自然科学基金项目“CFRP/合金叠层结构制孔界面缺陷物理建模与数值仿真研究”中，徐锦泱对航空领域复合材料/金属合金制孔缺陷开展了一系列的研究。
在实际生产过程中，复合材料/金属合金常通过一体化制孔方式来提高叠层连接孔的同轴度和加工效率。然而由于复合材料和金属合金具有相异的物理力学性能和切削加工性，叠层结构在钻削力热耦合作用下极易产生严重的制孔缺陷。虽然，当前国内外学者已在复合材料/金属合金制孔缺陷、工艺参数和刀具性能评价等方面开展了一系列研究工作，但现有研究仍较多集中在叠层材料钻削进出口缺陷及复合材料分层损伤上，对于叠层界面钻削缺陷形成机理、叠层本构建模、界面缺陷仿真预测、评价与抑制仍缺乏系统深入的研究。
因此，在该项目中，徐锦泱针对当前航空制造领域存在的有关叠层界面缺陷抑制理论指导缺失、叠层切削本构模型与界面缺陷预测模型缺乏，以及叠层界面制孔装配工艺适配性差等问题，准备开展CFRP/合金制孔界面缺陷物理建模与数值仿真的研究，通过建立适用于叠层界面切削缺陷预测的本构模型与有限元仿真模型，从微细观尺度揭示CFRP/合金界面缺陷形成机制，建立叠层制孔界面缺陷评价体系并制定低缺陷钻孔工艺方案。“希望我们的研究能够为实现大型飞机叠层结构件精密制孔装配工艺规范化提供理论指导与技术支撑。”徐锦泱如是说。
徐锦泱对记者说，做工程科学的人，总希望自己做的事情能有意义，把自己的研究和国家需求结合起来，瞄准工程无法解决、制约行业发展的“卡脖子”问题。现在，徐锦泱以国家需求为先导，在自己的研究领域凭着“蚂蚁啃骨头”的精神，“啃”出一项项科研成果。除了国家自然科学基金“CFRP/合金叠层结构制孔界面缺陷物理建模与数值仿真研究”项目外，针对航天领域现存的有关卫星桁架及框架复合材料/金属叠层制孔精度低、刀具寿命短、加工成本高、生产效率低及制孔理论与工艺指导缺乏等技术问题，徐锦泱在项目“复合材料/金属叠层结构精密制孔与刀具开发研究”中又以常用叠层结构CFRP/钛合金及CFRP/铝合金为研究对象，开展叠层制孔基础切削机理、叠层制孔专用刀具设计及精密制孔工艺的研究。在研究中，徐锦泱制定了适用于叠层结构高效精密制孔工艺方案一套，把复合材料/金属钻孔效率提高了50%以上，为我国航天制造领域叠层结构精密切削加工提供了理论指导与技术支撑。在上海市浦江人才计划项目“基于航空叠层结构CFRP/Ti的高效精密制孔研究”中，针对叠层结构CFRP/Ti的各向异性特性和难加工性，徐锦泱以钻削制孔为研究对象，开展航空叠层结构高效精密加工研究，以此助力我国飞机制造业的发展。
愿学生都能成为顶梁柱
在“市场经济”的语境下，情怀是以精神满足而非功利得失作为人生选择标准的一种美好品质，它使人们将个人志趣抱负融合于国家、人民的需要和对科学的追求之中，来产生持久动力，战胜各种艰难险阻。对徐锦泱来说，把科研做好需要坚守情怀，让他在科学研究的前进途中充满力量，无惧前行。也正是把科研做好的这份情怀，让他在教学中也倾注心血，无私付出。
现在，徐锦泱肩上担负的不仅有科研的重任，还有培育领域英才的使命。他告诉记者，作为老师，他希望学生都能接下自己手中的“这一棒”，希望他们都能成为科研领域的顶梁柱。因此，在教学上，徐锦泱针对工程学科特点，在本科生培养上，重视培养学生的工程素养与技能；并在此基础上，拓展学生的知识面，为学生讲授机械传统结构、企业加工机械制造，乃至自动化控制等知识。同时，在教学中，徐锦泱重视培养学生的工程实践动手能力，让每个学生在做中学。“在平时，我要求我的学生以团队分组的形式完成各种课程项目，让他们在动手的过程中巩固所学的知识。”而在硕士与博士培养方面，徐锦泱则注重培养学生的学科敏感度。他说，在硕士生与博士生进入课题组之后，他会给他们做一些学术前沿报告，让他们了解研究领域的热难点。此外，徐锦泱还定期组织硕博士生开展学术交流活动，让大家进行思想碰撞，深度交流学习。
徐锦泱还注重对学生创新思维的培养。他说，在创新跑出“加速度”的今天，在人人都谈创新的时代，创新来源于工程实践，需要从源头抓起，创新要注重原始创新和基础理论创新，再以基础理论促进应用创新；同时，也要注重国际标准的制定及参与，因为只有这样才能从一个跟踪者迈向创新引领者。徐锦泱表示，身为科技人员，对于如何迈向创新之路，他有一种使命感、责任感和紧迫感。虽然创新之路艰难重重，但他仍在不断训练创新思维，也在不断朝着这条路奔跑。
干一行爱一行。在复合材料和叠层结构精密加工研究中，徐锦泱充满了热情与激情。所以，一路走来的困难都成了他前进路上的助推力。展望未来，徐锦泱说，在目前的研究基础上，他还要开辟新的研究方向，如微细加工、表面工程、多尺度制造等。
哲學家萨特曾说：“世界上有两样东西是亘古不变的，一是高悬在我们头顶上的日月星辰，一是深藏在每个人心底的高贵信仰。”一直以来，为满足国家需求不怠探索，便是徐锦泱心中的信仰和追求，让他在科研路上不断修炼和升华着自己，让他越走越快，也越走越宽广。
