冬奧風采 北化添彩

文/李新亮 劉一君 溫志垠 圖/北京化工大學

1.輪椅冰壺隊運動員使用碳纖維復合材料推桿進行日常訓練

2.第一輛國產碳纖維雪車

助力國產碳纖維雪車實現從0到1的突破

在國產高端體育器材的需求牽引下，科技部設立了“科技冬奧”重點專項，由中國航天材料及工藝研究所牽頭，聯合10家單位，利用碳纖維復合材料，研制冬季項目的高性能器材。碳纖維雪車是項目組的主要研究目標之一，北京化工大學楊小平教授是這個項目的負責人。

整個項目研制分為兩個階段。第一個階段是填補空白階段，實現了從“0”到“1”的突破。2019年11月開始，項目組聯合裝備、設計、材料、制造和體育等部門，克服底子薄和新冠肺炎疫情影響等困難，于2021年1月研制出了第一臺國產碳纖維雪車。此后，在國家體育總局冬運中心指導下，研發團隊聯合中國一汽集團，全面提升雪車各環節關鍵技術及性能。到2021年9月正式交付使用時，迭代升級后的國產雪車不僅達到了“可用”標準，還實現了“好用”的效果。

在碳纖維雪車的設計與建造中，有三大技術亮點：一是低阻力高可靠外形結構一體化設計。二是復雜翼身融合結構高質量整體成型技術。三是北京化工大學負責研制的高抗沖碳/玻混材復合材料。團隊借鑒航空發動機包容結構材料設計，通過采用國產宇航級的T800碳纖維復合材料，研制出高抗沖碳/玻混材復合材料，特別是突破了其耐高低溫性能。復合材料的一個關鍵指標沖擊或壓縮強度達到了350兆帕，性能達到國際先進水平，為裝備和運動員安全提供了堅實的基礎支撐。

北京冬奧會期間，中國雪車運動員馳騁賽場，雖然國產雪車暫時沒有登上冬奧會的賽場，但我們堅信，在下一屆冬奧會的賽場上，必將能看到“中國紅”在奧林匹克的冰面上馳騁。

3.碳纖維復合材料推桿

4.方舟老師與學生開展國產高釩封閉索首用耐久性研究

楊小平教授說，作為材料人，不僅現在用心研制碳纖維二人/四人雪車、滑雪板、冰球桿等器材，更希望在未來，能將石墨烯、生物基橡膠等前沿新材料應用到國產高端體育器材研發上。

碳纖維復合材料推桿助輪椅冰壺隊奪冠

楊小平教授團隊的另一項主要成果是突破了推桿外形結構設計、專用復合材料體系等多項關鍵技術，研究了輕質高強的冰壺推桿，有效提高了輪椅冰壺項目的日常訓練和比賽水平。

此外，為滿足不同運動員的個性化需求，項目組為每個運動員量身定做了專屬碳纖維復合材料推桿，助力中國輪椅冰壺隊在北京冬殘奧會輪椅冰壺決賽中，戰勝瑞典隊，為中國代表團斬獲本屆冬殘奧會上的第十八枚金牌。

為冬奧場館安全保駕護航

2020年，北京化工大學機電工程學院安全科學與工程專業方舟教授，就帶領團隊開始了助力冬奧的研究。團隊以關鍵材料耐久性研究、健康狀態監測等先進的安全科學技術為重點，為北京冬奧會主要場館國家速滑館、鳥巢、冰立方提供安全保障。

5.方舟老師與科研團隊在國家速滑館合影

國產高釩封閉索：國家速滑館“冰絲帶”作為北京冬奧會唯一新建的冰上比賽場館而備受關注。方舟教授聯合設計單位，針對場館建設中國產高釩封閉索使用時遇到的關鍵技術問題開展研究，打破關鍵材料上的國際壟斷，不僅保障了“冰絲帶”安全，還推動了國產封閉索產業化進程。

“健康監測”技術支持：北化科研團隊建立了大型復雜結構健康監測、環境健康監測方法，形成自主知識產權，與設計單位協作，首次形成了完整的設計、監測、數據分析、反饋設計優化的閉環體系。它不僅應用于國家速滑館，也受邀為鳥巢、2022年卡塔爾世界杯主賽場等國內外著名場館提供技術方案。

“水”改“冰”安全評估：“水冰轉換”的實現可謂世界體育場館的奇跡。在“水立方”改“冰立方”過程中，方舟教授團隊受“冰立方”設計總負責人、冬夏雙奧場館總設計師鄭方的邀請，對屋頂天溝U型鋼底板開展緊急評估工作。通過實地勘察、數據采集與分析，為冰立方免去大范圍屋頂更換，節約大量時間和經濟成本。