勇做科技自立自強的“先進結(jié)構”
——北理工先進結(jié)構技術研究院建設側(cè)記
發(fā)布日期：2021-12-29 供稿：黨委宣傳部 徐夢姍 攝影：黨委宣傳部 段煉 聶軍銳、部分來源于網(wǎng)絡
編輯：吳楠 審核：藺偉、楊亞政 閱讀次數(shù)：【編者按】2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年,，是實施“十四五”規(guī)劃,、開啟全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程的第一年。在全黨開展黨史學習教育之際,，黨委宣傳部特別推出“永遠跟黨走,、奮進新征程”專題報道，全面展現(xiàn)學校加強黨的領導黨的建設取得的成績,，生動講好北理工人的奮斗故事,，廣泛凝聚學校事業(yè)發(fā)展的磅礴力量，以優(yōu)異成績迎接中國共產(chǎn)黨百年華誕,。
高水平研究型大學要把發(fā)展科技第一生產(chǎn)力,、培養(yǎng)人才第一資源、增強創(chuàng)新第一動力更好結(jié)合起來,，發(fā)揮基礎研究深厚,、學科交叉融合的優(yōu)勢，成為基礎研究的主力軍和重大科技突破的生力軍,。
——摘選自習近平總書記在兩院院士大會,、中國科協(xié)第十次全國代表大會上的講話
先進結(jié)構研究院實驗樓
“學校成立先進結(jié)構技術研究院（以下簡稱‘研究院’）的目的很簡單，國家需要什么,，我們就去竭力解決什么,。”提及建設初衷,，北京理工大學校長助理,、研究院院長、黨委書記楊亞政說道,。簡單樸素的話語背后,，是北理工人矢志強國、為國鑄劍的使命擔當,。
2015年,，學校力邀材料與結(jié)構力學領域?qū)＜摇⒅袊茖W院院士方岱寧到校工作,，領銜建設先進結(jié)構技術研究院,。研究院面向國家重大需求和世界科技前沿超前布局，發(fā)揮基礎研究深厚、學科交叉融合的優(yōu)勢,，建立先進結(jié)構技術的新設計理論,、新概念、新工藝,、新實驗手段與表征方法,，解決重大需求領域的關鍵問題。
經(jīng)過六年的發(fā)展建設,，研究院現(xiàn)有教師70余人,、300多名學生，匯聚了一支跨學科,、多領域的高質(zhì)量人才隊伍,，形成了兩校區(qū)占地6000平米的布局規(guī)模，建設北京市重點實驗室和10個行業(yè)聯(lián)合實驗室,，擁有投入近1.4億元的國際高水平科研儀器設備,，為學校人才培養(yǎng)、科學研究,、學科建設等工作提供了強勁動力,。
“減重量”+“承更重”，面向科技前沿不斷突破
先進結(jié)構技術研究院外部標識牌
在北京理工大學良鄉(xiāng)校區(qū)先進結(jié)構研究院實驗樓內(nèi),，一個個看似簡單普通的結(jié)構件擺放在一樓的展廳中,。其實，在每一個普通外表的背后,，都有著不平凡的貢獻,。“別看這物件看著普通，卻在國家重大需求中立下過大‘功勞’,！擺在最中間的這個筒體是一些大型設備的主承力結(jié)構,。相較于之前的結(jié)構，其自身重量減少了40%,，卻可以承受50余噸的軸壓,。”研究院副院長李營介紹道,。
一般來說,，要提升零部件的性能和指標，大多會選擇使用新型材料來改進整體結(jié)構性能,。但是研究院的老師們卻“反其道而行之”,，他們以先進結(jié)構設計為突破口，通過結(jié)構設計的創(chuàng)新和改善,，來改進結(jié)構性能。“現(xiàn)代科技高端設備結(jié)構正向著輕量化、集成化,、復合化,、功能化、智能化,、柔性化,、仿生化等方向發(fā)展。先進結(jié)構設計與制造技術的研究應用是推動重大需求領域設備跨代提升的關鍵技術保障,?！毖芯吭好u院長方岱寧院士談道。
面向國家建設世界科技強國的戰(zhàn)略目標,，研究院著力加強基礎前沿探索和關鍵技術突破,，立足先進結(jié)構研究，全力攻堅現(xiàn)代高端裝備的前沿基礎科學問題與重大工程技術問題,。2016年,，研究院獲批建設“輕量化多功能復合材料與結(jié)構北京市重點實驗室”。
除了為飛機,、火箭等研發(fā)輕量化部件,，滿足“上天”需求外，研究院還面向地面設備開展結(jié)構功能復合化問題研究,。2016年至2019年,，研究院雷紅帥教授帶領團隊和中車集團聯(lián)合開展了磁懸浮列車復合材料懸浮架結(jié)構研制工作。由于磁懸浮列車中磁懸架結(jié)構造型十分復雜,，其結(jié)構的研制在國際上始終是一個難題,。
復合材料懸浮架結(jié)構研制工作得到新華社報道
“前期的試驗中，我們失敗了很多次,，生產(chǎn)出來的結(jié)構件總是不符合預期尺寸,。”雷紅帥教授說,。即使經(jīng)歷很多次失敗,，團隊從未放棄，他們通過結(jié)構優(yōu)化設計,、工藝力學仿真,、模具設計和低成本制造等技術途徑，突破了大尺寸主承力復合材料異型部件的一體化設計與制造關鍵技術問題,，在成本降低的基礎上大幅提高了抗振動性能,，且通過了靜強度與剛度、模態(tài)阻燃,、煙毒,、老化和油漆附著力等工程應用檢測,，在國際上首次研制成功全復合材料磁懸浮列車磁懸架結(jié)構。該成果將應用于我國新一代高速磁懸浮列車,。
諸如此類的突破數(shù)不勝數(shù),，六年來，研究院堅持問題導向,，不斷加強原創(chuàng)性,、引領性科技攻關，研制了具有自主知識產(chǎn)權的多場多氛圍環(huán)境微納米壓痕儀,、鼓泡儀,；發(fā)明了國際首臺全自動三維編織機，解決了大尺寸異型結(jié)構輕量化設計與制造難題,；提出了異型大尺寸主承力結(jié)構的拓撲優(yōu)化設計方法……從一次又一次的技術攻關中,，研究院促進了科學技術研究的源頭創(chuàng)新，也為科技研發(fā)和工業(yè)高端裝備攻關和質(zhì)量保障提供了技術支撐,。
在面向科技前沿開展創(chuàng)新研究的同時,，研究院充分發(fā)揮科研育人優(yōu)勢，注重科教融合,，鼓勵學生突破自我,、提升創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了具有突出創(chuàng)新能力,、能夠解決前沿問題的學生,。2022年即將畢業(yè)的同學中，已有17位同學與研究機構,、企業(yè)等單位簽署了就業(yè)協(xié)議,，研究院為航天院所、研究機構,、企業(yè)等單位輸送了一批批優(yōu)秀的科技人才,。
交叉+融合，面向?qū)W科前沿勇攀高峰
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進,，科學研究范式正在發(fā)生深刻變革,，學科交叉融合不斷發(fā)展，科學技術和經(jīng)濟社會發(fā)展加速滲透融合,。研究院瞄準“卡脖子”關鍵核心技術難題,，不斷打通學科間壁壘，真正做到學科交叉的“完美”融合,。
“我們要研制出一個三維數(shù)字可視化測試表征平臺,，既可以呈現(xiàn)超高溫加載下材料內(nèi)部缺陷損傷的過程、內(nèi)部變形場測量,，還能將損傷過程參數(shù)提取,、損傷強度定量分析,。”研究院副院長徐寶升介紹道,。乍一聽“超高溫測試技術”或許抽象難懂,，實際上,，這一技術就是用來探測分析材料在極端高溫狀態(tài)下被破壞的原因,。超高溫材料一旦受熱變形，導致內(nèi)部制造缺陷處產(chǎn)生熱應力集中,，則會引發(fā)斷裂破壞,。如果不能準確分析超高溫材料破壞的模式與失效的機理，則無法攻克在重點領域的材料使用難題,。同時,，超高溫測試技術對中國嚴格封鎖、儀器也被禁止賣給我國,，牢牢地“卡住了我們的脖子”,。
學院青年教師正在做實驗
“學院的老師們來自多個專業(yè)領域，來到研究院,，就是要‘強強聯(lián)合’,，共同突破技術難關?！毖芯吭狐h委常務副書記蔡婷婷介紹道,。近年來，研究院瞄準國家重大需求,，打通學科壁壘,，將力學、材料學,、化學,、物理等學科高度交叉融合，打破技術封鎖,、解決“卡脖子”難題,，努力成為基礎研究的主力軍和重大科技突破的生力軍。2020年11月,，由方岱寧院士領銜的“基于可移動X射線成像的材料超高溫內(nèi)部變形場與缺陷損傷在位測試儀器”項目,，獲批國家自然科學基金委員會國家重大科研儀器研制項目。
在研究院老師們的眼里,，學科交叉融合都十分有趣,，有時可以是用改變結(jié)構和材料來玩起“隱身游戲”，給潛艇披上一身“隱身衣”,；有時可以是利用“3D”“4D”打印的力學設計方法仿真“集成天線輻射結(jié)構”,，減小天線的體積卻可以收到更強信號,；甚至有時候也可以用碳纖維材料來“織毛衣”。“我們像織毛衣一樣,，把一個個零散的異形結(jié)構編織成一個整體,，提升結(jié)構的整體性能。由于形狀復雜,，在編織的過程中,，不能有一絲一毫的差池?！毖芯吭焊痹洪L徐寶升說道,。
研究院用“3D”“4D”打印方法研制的熱連接結(jié)構件
研究院突破學科邊界，打破壁壘,，開展航天器尾噴管的結(jié)構創(chuàng)新設計,，有效解決了噴管零部件容易脫落不穩(wěn)固的問題，打造了一個“完美”的整體結(jié)構,。“在‘編織’尾噴管的過程中,，多學科交叉融合，讓我們擁有了更加廣闊的視野,，也有了更加深厚的知識積累,。”在交叉引領機制下,，研究院師生將實事求是,、追求卓越的科學精神融入到每一個奮斗的日夜，在國家航空航天領域熱防護材料與結(jié)構研究中取得了豐碩成果,，為長征五號火箭等研制提供了科技支撐,。
此外，研究院還自主研發(fā)了多絲材金屬增材制造裝備,、多場原位微焦點CT與工業(yè)DR/CT系統(tǒng),、高溫在位加載CT成像儀器……已經(jīng)形成了“設計-制備-評價”的閉環(huán)過程，在較短的時間內(nèi)具備了成熟的科研儀器設備條件與科研場地條件,。
引才+聚才,，引培并舉，隊伍不斷壯大
“功以才成,，業(yè)由才廣”,。一流學科的建設，除了要有一流的平臺支撐,，更離不開一流人才的耕耘和建設,。研究院始終堅持“以業(yè)聚才、以人聚人,，引培并舉”,，緊緊抓住前沿科技方向,，通過引進國內(nèi)外高水平人才，精準培養(yǎng)高層次人才,，提升創(chuàng)新發(fā)展“加速度”,。
方岱寧院士為學生授課
方岱寧院士到校工作后，著力建設先進結(jié)構技術研究院新興交叉融合大平臺,，匯聚了以學術領軍人才為核心,、青年骨干教師及博士后為中堅力量的跨學科、多領域的高質(zhì)量人才隊伍,，形成一支具有特色,、“品牌”效應的力學,、材料科學與工程,、機械工程等多學科交叉融合的創(chuàng)新團隊。研究院不斷創(chuàng)新人才引育機制,，堅持以才引才,。隨著青年科技工作者的不斷加入，形成了人才引進的頭雁效應和倍增效應,，逐步建立起了“團隊,、成果、人才”的協(xié)同發(fā)展和良性互動,，青年科技工作者已成為研究院科技創(chuàng)新的主力軍,。
2018年以來，研究院連續(xù)四年獲批國家重大項目,，國家自然科學基金的年均總經(jīng)費都超過了1億元,，專任教師人均科研經(jīng)費年均超300萬，研究領域方向涉及到海陸空天等各方面,。“經(jīng)過方院士的指導及在團隊的歷練,，眾多青年教師紛紛成長為所在科研方向的‘頂梁柱’。他們積極向上,、團結(jié)協(xié)作,、合力攻堅，為研究院營造了良好的氛圍,?！?/span>曾參與到國家重大科研儀器研制項目的青年教師曲兆亮介紹。
此外,，方岱寧院士每周都會給年輕教師,、學生開組會，也是年輕教師難得的學習機會,?！拔覀兺弧蠹摇木駥哟魏驼疚桓叨人?，正因為‘大平臺、大團隊’效應,，很多海內(nèi)外優(yōu)秀學子,，甚至具有國際學術影響力，領域技術影響力的人才也因此慕名而來,?！眻F隊青年教師廉艷平講道。“支持青年人才‘挑大梁,、當主角’是我到學院后最大的感受,。作為青年教師，能夠有機會參與到國家重大科研項目中,，有壓力,，更有動力?！鼻嗄杲處熍碇君埛窒淼?。
先進結(jié)構技術研究院實驗樓內(nèi)景
“栽下梧桐樹，引來金鳳凰,?！毖芯吭号嬛廴騼?yōu)秀人才的科研創(chuàng)新高地，以吸引更多高端人才,、專業(yè)人才,，形成“以業(yè)聚才，以人聚人”的良性循環(huán),，打造了一支院士領銜,、國家級青年人才擔當重任的人才隊伍。為進一步激發(fā)人才活力,，打造高水平創(chuàng)新團隊,，充分發(fā)揮團隊優(yōu)勢，優(yōu)化“引立留長”新生態(tài),，營造良好氛圍,，研究院成立了教授委員會，從引進,、考評到培育,，全方位助力人才成長、促進人才發(fā)展,。目前,，研究院國家級青年人才連續(xù)6年新增不斷線，高層次高端人才占比達到30%以上，人才引育成效凸顯,。
2021年8月,，研究院黨委正式成立，標志著研究院發(fā)展邁向了新的階段,。未來,，研究院將堅持以高質(zhì)量黨建引領研究院事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，始終堅持“四個面向”,，瞄準“卡脖子”關鍵核心技術難題,，攻堅克難、集智攻關,，以更多戰(zhàn)略性,、關鍵性重大科技成果，為全面建設中國特色世界一流大學作出更大貢獻,。
