碰撞安全研究，帶來“聽得見”的希望

衛(wèi)婷婷

列車碰撞事故造成的重大人員傷亡讓人觸目驚心。2011年7月23日，甬溫線動(dòng)車發(fā)生嚴(yán)重列車追尾事故。事故發(fā)生后，黨中央、國務(wù)院高度重視，各級各界積極投入事故救援。這次事故的影響無疑是沉重而深遠(yuǎn)的，它給我國軌道交通事業(yè)發(fā)展敲響了一記警鐘，加速推動(dòng)了我國列車安全防護(hù)相關(guān)研究進(jìn)程，并逐漸形成了“以人為本”的發(fā)展準(zhǔn)則。

目前，英、德、美等國及我國均已將列車耐撞性要求納入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。科學(xué)再現(xiàn)列車碰撞沖擊響應(yīng)、真實(shí)評估列車碰撞安全性能成為世界各國共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題，也是提升我國軌道交通裝備制造業(yè)國際競爭力亟待解決的難題之一。在此研究領(lǐng)域深造、探索近十年，中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院、軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講師陽程星收獲頗豐。

2022年，時(shí)年31歲的他成功入選中國科協(xié)（鐵道學(xué)會）“青年人才托舉工程”，成為中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院極少數(shù)獲此殊榮的青年學(xué)者?！拔矣X得這既是對我過往研究工作的認(rèn)可，也是對我未來發(fā)展的鞭策。我應(yīng)該牢牢把握這段科研的‘黃金時(shí)間，保持旺盛的精力、充沛的體能，激發(fā)內(nèi)在的創(chuàng)新活力，打破條條框框的束縛，敏銳捕捉外部變化，積極接受探索新事物，在‘青托工程的支持下做出更具創(chuàng)造性的成果?！边@是陽程星最真切的心理感受，也是他繼續(xù)從事列車結(jié)構(gòu)輕量化與安全防護(hù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的底氣和信心來源。

知識為立世之根

2005年，一名臉色黝黑、身材瘦弱的年輕人走進(jìn)了大眾的視線，也走進(jìn)了彼時(shí)還在念初中的陽程星生命中。這名年輕人叫洪戰(zhàn)輝，他帶著妹妹上大學(xué)的事跡感動(dòng)全中國的同時(shí)，也讓同樣出身于鄉(xiāng)村的陽程星看到了奮斗的力量，且第一次知道了中南大學(xué)這樣一所高校。從此，他有了前進(jìn)的方向。“雖然義務(wù)教育在現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，但當(dāng)時(shí)在我的家鄉(xiāng)——湖南郴州安仁縣，教育資源和質(zhì)量還相對落后。不過我很幸運(yùn)，家里長輩都篤信‘知識為人立世之根的教育理念，所以即使家里一度在貧困線上掙扎，但依然竭力供我念書?！币舱蛉绱?，陽程星比許多同齡人更加深諳腳踏實(shí)地、不忘初心的道理。不過，那時(shí)的陽程星還完全想不到，自己未來會深陷在對列車研究的熱愛之中。

在陽程星曾經(jīng)的人生規(guī)劃中，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院是志愿首選，但高考場上的偶然失利將他兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)地帶入了交通運(yùn)輸工程學(xué)院。他并不感到氣餒，反而更加刻苦、踏實(shí)，“因?yàn)槟鞘俏也涣私獾念I(lǐng)域，當(dāng)然就要花費(fèi)更多的工夫來學(xué)習(xí)”。也正是因?yàn)樗暮V學(xué)與奮行，在行業(yè)內(nèi)大部分學(xué)子都選擇將精力放在研究如何大幅提升列車運(yùn)行速度時(shí)，他已經(jīng)默默開始在如何確保列車運(yùn)行安全的問題上不斷深潛。2017年，他甚至走出國門，遠(yuǎn)赴英國曼徹斯特大學(xué)開啟嶄新的人生旅程?！捌鋵?shí)出國念書的規(guī)劃我很早就有，本科期間，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，我相繼參與了武漢地鐵隧道壓力測試、蘭新高鐵大風(fēng)環(huán)境試驗(yàn)等項(xiàng)目，這些寶貴的實(shí)踐經(jīng)歷為我積累下了許多有益經(jīng)驗(yàn)，但知識上的短板也同時(shí)暴露出來，所以我堅(jiān)信應(yīng)該開闊眼界，在基礎(chǔ)理論方面做更深入的探究才能走得更遠(yuǎn)。大四畢業(yè)時(shí)，我在保研和出國之間選擇了前者，博士階段，我覺得這個(gè)計(jì)劃是時(shí)候該兌現(xiàn)了。”陽程星說。

安全為運(yùn)行之本

“保持獨(dú)立（Be?independent），是我旅居海外3年最大的收獲。”2020年博士畢業(yè)于曼徹斯特大學(xué)，陽程星如此概括這段“痛并快樂著”的學(xué)術(shù)經(jīng)歷。

雖然在碩士期間就已經(jīng)主持完成過中南大學(xué)研究生自主探索科研創(chuàng)新項(xiàng)目“地鐵頭車承載式吸能結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化”，也參與到了國家自然科學(xué)基金“高速列車碰撞小尺度等效模型相似機(jī)理及行為演化”及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃任務(wù)“高速列車碰撞能量分配試驗(yàn)評估技術(shù)”項(xiàng)目當(dāng)中，但陽程星在遠(yuǎn)赴異鄉(xiāng)前仍十分擔(dān)憂自己的求學(xué)進(jìn)程?！肮プx博士跟念本科、碩士都不一樣，畢業(yè)進(jìn)程是隨著研究進(jìn)度而調(diào)整的，每年都要經(jīng)過報(bào)告、答辯來確保自己的博士資格，壓力挺大的。”但慶幸的是，他遇到了在精神和學(xué)術(shù)上均使他信服，并具有引領(lǐng)作用的良師益友，“我的幾位導(dǎo)師都有著古典主義的學(xué)術(shù)氣質(zhì)，非常沉得下心，在他們的影響下，我的焦慮隨著專業(yè)知識的積淀，慢慢就煙消云散了”。這段在學(xué)長學(xué)姐口中平均3.5～4.5年的博士攻讀過程，生生在陽程星的夜以繼日、銳意進(jìn)取中被“壓縮”成了3年。

2021年正式歸國加入母校的陽程星，是帶著自主創(chuàng)新的科研成果回來的。多年來，他一直執(zhí)著地從事著列車輕量化與耐撞性設(shè)計(jì)研究，致力于不同尺度下材料結(jié)構(gòu)吸能一體化設(shè)計(jì)和表征等基礎(chǔ)理論的研究與工程技術(shù)應(yīng)用，且將目光始終聚焦于軌道列車復(fù)雜服役環(huán)境下多孔材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。在輕質(zhì)點(diǎn)陣材料方面，陽程星原創(chuàng)性地提出了類墨魚骨點(diǎn)陣單胞、晶體拓?fù)潼c(diǎn)陣材料及三維梯度點(diǎn)陣材料等，揭示了其壓潰變形機(jī)制、能量吸收機(jī)理及Gibson-Ashby冪律；在增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)方面，他提出了泡沫填充Al/CFRP薄壁復(fù)合結(jié)構(gòu)、多層串聯(lián)Nomex.蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)、聚酯纖維填充Nomex.蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)等，分別揭示了其準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓潰性能及吸聲降噪性能影響因素和匹配機(jī)制；在列車碰撞防護(hù)吸能方面，他又開拓性地提出了結(jié)構(gòu)損傷評估方法和應(yīng)變損傷識別網(wǎng)絡(luò)，提供了車輛壓潰區(qū)多級設(shè)計(jì)策略，并研發(fā)了一系列高效、穩(wěn)定、可控吸能裝置，構(gòu)建了城軌車輛碰撞仿真理論框架和高速列車1D/3D聯(lián)合仿真動(dòng)力學(xué)模型，解決了列車碰撞能量協(xié)同匹配耗散難題。更值得一提的是，截至目前，他的相關(guān)研究成果已被成功應(yīng)用于美國波士頓地鐵列車防撞柱、香港沙中線地鐵列車壓潰區(qū)結(jié)構(gòu)，以及復(fù)興號動(dòng)車組的全尺寸碰撞實(shí)驗(yàn)之中。“與傳統(tǒng)的無序泡沫材料相比，點(diǎn)陣材料因其規(guī)則的單胞排列而成為一種理想的填充方式?！标柍绦茄a(bǔ)充道。

這一思想理念，在陽程星回國后被成功遷移到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“碳陶制動(dòng)盤功能一體化設(shè)計(jì)與緊固連接關(guān)鍵技術(shù)”之中，根據(jù)機(jī)械力、熱負(fù)荷和氣流場從制動(dòng)盤到緊固件的傳遞機(jī)理，他提出了“力-熱-流”耦合作用下的碳陶盤體初始拓?fù)錁?gòu)型。

“首先應(yīng)該明確的是，制動(dòng)部件是確保高速列車行車安全的關(guān)鍵。時(shí)速400km的高速列車純空氣制動(dòng)時(shí)摩擦材料承受的制動(dòng)能量密度會大于1400J/cm2，制動(dòng)盤表面瞬間溫度通常會高達(dá)900℃?！边@就意味著，針對在復(fù)雜運(yùn)營條件下時(shí)速400km及以下的高速列車，其制動(dòng)盤/閘片的摩擦性能，即穩(wěn)定性、耐磨性、耐高溫性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗疲勞性等因素，都是動(dòng)輒關(guān)乎成百上千名乘員切身安全的大事，也是陽程星為什么會花費(fèi)無數(shù)日夜反復(fù)推敲、驗(yàn)證碳陶制動(dòng)盤優(yōu)化構(gòu)型的動(dòng)力源泉。這一結(jié)構(gòu)不單解決了高速高能載制動(dòng)散熱的技術(shù)瓶頸，也推動(dòng)了輕量化材料在高速列車上的應(yīng)用。

“現(xiàn)在正是中國高鐵防護(hù)安全性發(fā)展的高速成長期?！标柍绦钦Z氣堅(jiān)定。自2008年8月1日，我國第一條高速鐵路——京津城際鐵路將中國高鐵時(shí)代的大門叩開，十?dāng)?shù)年間，在軌道交通無數(shù)相關(guān)研究工作者的協(xié)同努力下，我國高速列車幾乎已經(jīng)完成了從追求速度到追求“快、準(zhǔn)、穩(wěn)”三位一體運(yùn)行質(zhì)量的轉(zhuǎn)變?？v然其間經(jīng)歷過挫折與困難，但從2007年“和諧號”需通過技術(shù)引進(jìn)、合作生產(chǎn)等形式結(jié)合并內(nèi)化德、日、法等國家的高速動(dòng)車組技術(shù)，到10年后的2017年，中國標(biāo)準(zhǔn)、中國制造的新一代動(dòng)車組“復(fù)興號”正式宣告中國高鐵告別混血時(shí)代，不難看出我國高鐵科技的長足進(jìn)展——我們正在一步一步向著領(lǐng)跑世界的目標(biāo)穩(wěn)穩(wěn)邁進(jìn)。

因此，作為一名身處其列的研究工作者，陽程星表示將繼續(xù)承擔(dān)起青年科技工作者“敢擔(dān)當(dāng)、勇向前”的職責(zé)與義務(wù)，繼續(xù)以飽滿的熱情向著自己的理想前行。隨著中南大學(xué)軌道交通現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院晉級為國家級產(chǎn)業(yè)學(xué)院，交通運(yùn)輸工程被確定為國家“雙一流”學(xué)科，科研之外，陽程星的肩上必將再扛起一份“育才樹人”的重托，不過他始終干勁滿滿、甘之如飴。

“列車碰撞試驗(yàn)難免爆發(fā)巨響。在生活中，這聲巨響是災(zāi)難的開始，但在實(shí)驗(yàn)室里，這卻是實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破‘聽得見的希望。同時(shí)，作為一名教育從業(yè)者，我也希望聲聲‘巨響能引起更多同仁的注意，攜手并進(jìn)，煥發(fā)這一學(xué)科的新活力?！标柍绦钦f。

（責(zé)編：關(guān)弋）