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研發測試儀器助力航天事業
發布時間：2018-06-08瀏覽次數：1196返回列表
在我國陶瓷制作工藝中，軟軟的陶泥在高溫燒制之后，就會變成硬度較高的精美陶瓷;在日常生活中，如果用塑料勺炒菜，遇到高溫塑料會慢慢變軟。這可能是我們對溫度會影響材料力學性征樸素的認知，但是什么類型的材料在什么溫度和強度下，會發生怎么樣的變化我們似乎還一知半解。
在重慶大學航天航空學院教授李衛國眼里，這些材料力學行為隨溫度的演化都可以用理論模型進行預測。他的新研究成果是，在明確溫度這一單一變量的狀況之下，就可以預測出相關材料的力學行為和強度性能，其成果被外學者認為是該領域的重大突破，為進一步促進我國航空航天、能源及核工業等技術領域發展作出了貢獻。
創造性提出無擬合參數的“溫度相關性理論模型”
隨著現代科技的快速發展，拓展服役條件的需求愈發強烈，材料在超常條件下的性能成為研究的熱點和難點。拿航空航天領域來講，飛行器在高速運行時溫度可達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足這么苛刻的使役需求，以及其力學行為會發生怎樣的變化?這些問題都一直困擾著科研工作者，也制約著我國相關領域的發展。
李衛國自2005年在清華大學做博士后研究工作起，便開始從事超高溫端條件下固體力學行為與強度理論的研究。“那時候，我國還沒有建立起材料性能和相關溫度之間的定量關系，要測試一個材料在什么溫度下會發生斷裂或者變形，只能靠實驗。”李衛國說，實驗不僅耗時耗力，為關鍵的是成本太高。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zui大的課題。
為了攻克這一難題，李衛國搜集整理了各類實驗數據，夜以繼日地對數據進行歸類分析。經過不懈努力，創造性地提出了材料性能溫度相關性建模思想，突破了溫度對現有強度理論模型的禁錮，并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性斷裂強度理論表征模型。
無擬合參數意味著什么?諾貝爾物理學獎獲得者列夫·達維多維奇·朗道說過：“一個模型的價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行為的實驗難度，同時提高了實驗結果的準確度。
研發測試儀器打破歐美技術壟斷
說起全的航天事業，總是不能忽略偉大而悲愴的哥倫比亞號航天飛機。1981年次發射，揭開了航天新的一頁。2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在經過大氣層時產生了高達1400攝氏度的熱空氣，致使機翼出現裂隙，超高溫氣體進入機體，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。
近年來我國對飛行器熱防護材料強度的研究從未間斷過，但仍然存在很多亟待解決的難題。“特別是歐美等的技術壟斷，讓我們加迫切希望在這一領域擁有屬于自己的技術。”為此，李衛國開始了漫漫“取經路”。
在諸如航空航天、能源勘測等領域，材料所經受的超長環境是復雜多變的，可能是高溫狀態，也可能是寒溫度，可能氧氣富足，也可能氧氣稀薄。鑒于此，在之前提出的“溫度相關性強度模型”的基礎上，李衛國研制了一種測試儀器，通過建立三個不同的環境模塊，讓試件在不同的環境模塊間切換，以此來模擬復雜熱沖環境對材料的影響。
現在，在李衛國團隊的努力下，測試版儀器已經完成。“接下來，我們將通過實驗對設備進行完善改進，希望研制出能夠測試各種復雜環境的儀器，助力我國航天事業的發展。”李衛國表示，這一設備的研制，將會廣泛應用于對熱障材料、環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”，經過這樣高標準的測試檢測能保持原有性能的高溫材料，才能經得住現實復雜沖擊環境的考驗，為航空航天等關鍵領域提供安全保障。
經常為了一個問題和學生討論到深夜
李衛國不僅僅是一名在高溫固體力學領域的研究者，同時也是重慶大學航空航天學院的博士生導師，在平時指導教育學生時，言傳身教，用自己對待科研嚴謹的態度影響著自己的學生。
“李老師以身作則對待科研的嚴謹態度，讓我們受益匪淺。在學術研究上，李老師總是要求我們在保質保量完成學業的基礎上，成為這一領域的人才。”2017級在讀博士鄧勇說，李教授對待科研工作滿腔熱忱，經常為了一個問題和學生討論到深夜，這種執著的精神也影響著學生們，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新人才“雛鷹計劃”，積啟發培養高中生的科研創新能力。據了解，李衛國已經指導了四期來自南開中學“雛鷹計劃”學員，正在準備申報下一期的志愿者導師，在所教授的高中生學員中，有5人參與發表了SCI論文，申請發明6項。
作為一名科研工作者，李衛國認真嚴謹，開拓創新，攻克一個又一個科研難題;作為一名教育工作者，李衛國甘為人梯，傳道、授業、解惑，為我國科研創新培養人才。他說，自己將一直堅守在科研、教學的一線，用創造性的思維和嚴謹求實的態度迎接下一項科研挑戰。
