徐錦泱：科研路上的奔跑者

李玉芹

航空、航天、交通等領域的高端裝備，質量越輕就跑得越快、飛得越遠，有效載荷也就越大。

那么，該如何減輕重量？

巧妙的設計與輕質的材料成為減輕重量的兩種途徑。復合材料因具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞及性能可設計等優點，成為最具潛力的工程材料，并被廣泛地應用到航空航天制造業中。然而，光有好材料還不行，加工技術必須要跟得上。“復合材料雖采用近凈工藝成型，但仍需經過切邊、制孔等系列機械加工才能連接裝配，用到高端裝備上。”上海交通大學機械與動力工程學院特別副研究員徐錦泱說。

作為一個從小就對機械加工飽含濃厚興趣的人，現在的他正埋身于復合材料/金屬疊層結構精密制孔與專用刀具開發的研究領域里探索耕耘，追求成為一個披荊斬棘的科研工作者。他說，既然選擇了科研這條路，并在自己所喜歡的領域里，就得風雨兼程，就得為滿足國家需求不斷向前。

一馬當先的科研趕路人

在復合材料家族里，碳纖維增強復合材料（CFRP）因輕巧又具備高比強度、高比模量，且易實現材料與結構整體同步制造，已成為高端裝備減重增效的優選材料。“碳纖維增強復合材料，以其優異的物理力學性能，如高比模量、高比強度、良好的抗腐蝕性、低熱膨脹系數等，在工業界獲得了越來越廣泛的應用。作為結構材料，它通常與金屬合金組成疊層結構，在減輕重量的同時利用材料的不同特點獲得更優異的綜合力學性能，因此可以滿足大型飛機結構件在極端服役條件下對性能和輕量化的要求。”徐錦泱說。

然而，復合材料是一種難加工材料。尤其是用于飛機機翼和尾翼的碳纖維復合材料與金屬合金組成的疊層結構中，在裝配過程中需要加工大量的鉚接和螺接孔。由于碳纖維復合材料層間結構特點和兩種材料性能的巨大差異，使得疊層制孔質量難以保證且刀具磨損嚴重，導致復合材料加工過程中很容易產生毛刺、撕裂、分層等損傷。這些損傷會影響連接件的承載性能、疲勞壽命和可靠性。因此，研究復合材料疊層結構高效、高質量制孔技術對其產品連接強度、剛度、安全性以及提高飛機的機械性能都具有非常重要的意義。在國家自然科學基金項目“CFRP/合金疊層結構制孔界面缺陷物理建模與數值仿真研究”中，徐錦泱對航空領域復合材料/金屬合金制孔缺陷開展了一系列的研究。

在實際生產過程中，復合材料/金屬合金常通過一體化制孔方式來提高疊層連接孔的同軸度和加工效率。然而由于復合材料和金屬合金具有相異的物理力學性能和切削加工性，疊層結構在鉆削力熱耦合作用下極易產生嚴重的制孔缺陷。雖然，當前國內外學者已在復合材料/金屬合金制孔缺陷、工藝參數和刀具性能評價等方面開展了一系列研究工作，但現有研究仍較多集中在疊層材料鉆削進出口缺陷及復合材料分層損傷上，對于疊層界面鉆削缺陷形成機理、疊層本構建模、界面缺陷仿真預測、評價與抑制仍缺乏系統深入的研究。

因此，在該項目中，徐錦泱針對當前航空制造領域存在的有關疊層界面缺陷抑制理論指導缺失、疊層切削本構模型與界面缺陷預測模型缺乏，以及疊層界面制孔裝配工藝適配性差等問題，準備開展CFRP/合金制孔界面缺陷物理建模與數值仿真的研究，通過建立適用于疊層界面切削缺陷預測的本構模型與有限元仿真模型，從微細觀尺度揭示CFRP/合金界面缺陷形成機制，建立疊層制孔界面缺陷評價體系并制定低缺陷鉆孔工藝方案。“希望我們的研究能夠為實現大型飛機疊層結構件精密制孔裝配工藝規范化提供理論指導與技術支撐。”徐錦泱如是說。

徐錦泱對記者說，做工程科學的人，總希望自己做的事情能有意義，把自己的研究和國家需求結合起來，瞄準工程無法解決、制約行業發展的“卡脖子”問題。現在，徐錦泱以國家需求為先導，在自己的研究領域憑著“螞蟻啃骨頭”的精神，“啃”出一項項科研成果。除了國家自然科學基金“CFRP/合金疊層結構制孔界面缺陷物理建模與數值仿真研究”項目外，針對航天領域現存的有關衛星桁架及框架復合材料/金屬疊層制孔精度低、刀具壽命短、加工成本高、生產效率低及制孔理論與工藝指導缺乏等技術問題，徐錦泱在項目“復合材料/金屬疊層結構精密制孔與刀具開發研究”中又以常用疊層結構CFRP/鈦合金及CFRP/鋁合金為研究對象，開展疊層制孔基礎切削機理、疊層制孔專用刀具設計及精密制孔工藝的研究。在研究中，徐錦泱制定了適用于疊層結構高效精密制孔工藝方案一套，把復合材料/金屬鉆孔效率提高了50%以上，為我國航天制造領域疊層結構精密切削加工提供了理論指導與技術支撐。在上海市浦江人才計劃項目“基于航空疊層結構CFRP/Ti的高效精密制孔研究”中，針對疊層結構CFRP/Ti的各向異性特性和難加工性，徐錦泱以鉆削制孔為研究對象，開展航空疊層結構高效精密加工研究，以此助力我國飛機制造業的發展。

愿學生都能成為頂梁柱

在“市場經濟”的語境下，情懷是以精神滿足而非功利得失作為人生選擇標準的一種美好品質，它使人們將個人志趣抱負融合于國家、人民的需要和對科學的追求之中，來產生持久動力，戰勝各種艱難險阻。對徐錦泱來說，把科研做好需要堅守情懷，讓他在科學研究的前進途中充滿力量，無懼前行。也正是把科研做好的這份情懷，讓他在教學中也傾注心血，無私付出。

現在，徐錦泱肩上擔負的不僅有科研的重任，還有培育領域英才的使命。他告訴記者，作為老師，他希望學生都能接下自己手中的“這一棒”，希望他們都能成為科研領域的頂梁柱。因此，在教學上，徐錦泱針對工程學科特點，在本科生培養上，重視培養學生的工程素養與技能；并在此基礎上，拓展學生的知識面，為學生講授機械傳統結構、企業加工機械制造，乃至自動化控制等知識。同時，在教學中，徐錦泱重視培養學生的工程實踐動手能力，讓每個學生在做中學。“在平時，我要求我的學生以團隊分組的形式完成各種課程項目，讓他們在動手的過程中鞏固所學的知識。”而在碩士與博士培養方面，徐錦泱則注重培養學生的學科敏感度。他說，在碩士生與博士生進入課題組之后，他會給他們做一些學術前沿報告，讓他們了解研究領域的熱難點。此外，徐錦泱還定期組織碩博士生開展學術交流活動，讓大家進行思想碰撞，深度交流學習。

徐錦泱還注重對學生創新思維的培養。他說，在創新跑出“加速度”的今天，在人人都談創新的時代，創新來源于工程實踐，需要從源頭抓起，創新要注重原始創新和基礎理論創新，再以基礎理論促進應用創新；同時，也要注重國際標準的制定及參與，因為只有這樣才能從一個跟蹤者邁向創新引領者。徐錦泱表示，身為科技人員，對于如何邁向創新之路，他有一種使命感、責任感和緊迫感。雖然創新之路艱難重重，但他仍在不斷訓練創新思維，也在不斷朝著這條路奔跑。

干一行愛一行。在復合材料和疊層結構精密加工研究中，徐錦泱充滿了熱情與激情。所以，一路走來的困難都成了他前進路上的助推力。展望未來，徐錦泱說，在目前的研究基礎上，他還要開辟新的研究方向，如微細加工、表面工程、多尺度制造等。

哲學家薩特曾說：“世界上有兩樣東西是亙古不變的，一是高懸在我們頭頂上的日月星辰，一是深藏在每個人心底的高貴信仰。”一直以來，為滿足國家需求不怠探索，便是徐錦泱心中的信仰和追求，讓他在科研路上不斷修煉和升華著自己，讓他越走越快，也越走越寬廣。