近年來，中國(guó)高鐵發(fā)展日新月異，改變著人們的出行方式。當(dāng)你乘坐著高鐵，體驗(yàn)著一日千里的便捷，贊嘆中國(guó)速度時(shí)，一定很難想到，地上跑的高鐵跟天上飛的飛機(jī)有一段割不斷的情誼，更與航空工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所(以下簡(jiǎn)稱強(qiáng)度所)有一段不解之緣。

　　強(qiáng)度所是我國(guó)唯一的航空強(qiáng)度研究和驗(yàn)證中心，主要開展飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度技術(shù)預(yù)先研究，為新機(jī)研制和改進(jìn)、改型提供強(qiáng)度設(shè)計(jì)與分析關(guān)鍵技術(shù)和軟件，承擔(dān)飛機(jī)結(jié)構(gòu)地面強(qiáng)度鑒定與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，代表國(guó)家對(duì)新研與改型飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)并給出強(qiáng)度結(jié)論。如今強(qiáng)度所不僅為飛機(jī)研制提供技術(shù)支撐，同時(shí)將航空強(qiáng)度技術(shù)延伸應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域，為高鐵研制保駕護(hù)航。

　　高鐵近年來一直保持著高昂的發(fā)展勢(shì)頭，其便捷性和舒適性也一直為旅客所稱道。中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司首席研究員趙紅衛(wèi)介紹，1978年，我國(guó)鐵路線路里程只有5.2萬公里，到2018年已經(jīng)發(fā)展到12.7萬公里;高鐵發(fā)展更是迅猛，我國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)2.7萬公里，占世界高鐵運(yùn)營(yíng)里程的66%。另外，我國(guó)還具備了全套完備的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了從“追趕”到“領(lǐng)跑”的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)變。

　　初次牽手

　　高鐵設(shè)計(jì)師為了實(shí)現(xiàn)車體“輕量化”，采用了鋁合金材料，新材料在車體上應(yīng)用亟需進(jìn)行疲勞性能評(píng)估。強(qiáng)度所跟鋁合金材料早就是“老熟人”了，飛機(jī)機(jī)體有大量的鋁合金結(jié)構(gòu)件，強(qiáng)度所在鋁合金材料上積累了豐富的疲勞強(qiáng)度分析與驗(yàn)證技術(shù)，創(chuàng)建了全壽命范圍概率疲勞分析方法，該方法成功應(yīng)用于ARJ21、C919和AG600等型號(hào)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析中。2006年南車青島四方機(jī)車有限公司與強(qiáng)度所簽訂了“鋁合金A6N01S-T5薄壁型材叢林系列疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)”。強(qiáng)度所金屬強(qiáng)度團(tuán)隊(duì)基于航空材料的疲勞評(píng)定方法，完美地分析并評(píng)估了鋁合金A6N01S-T5薄壁型材的疲勞性能，為高鐵車體材料的疲勞性能評(píng)定提供了準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。航空強(qiáng)度技術(shù)在高鐵上的首次應(yīng)用給高鐵工程師們留下了深刻的印象，航空強(qiáng)度技術(shù)與高鐵驗(yàn)證首次牽手成功。

　　相見恨晚

　　我們?cè)诔俗哞F往往留意到兩車交會(huì)時(shí)對(duì)面來車一閃而過，相對(duì)速度非常高，這時(shí)車體需要承受巨大的空氣壓力波，這個(gè)壓力波在出入隧道時(shí)也會(huì)產(chǎn)生。另外，列車高速交會(huì)或出入隧道，高鐵列車面臨的氣密性問題也很嚴(yán)重。氣密性的好壞乘坐者感受最為直觀，為追求舒適，中國(guó)高鐵目前的氣密性指標(biāo)為車內(nèi)壓力波動(dòng)小于200 Pa/秒，這個(gè)數(shù)值小于飛機(jī)艙內(nèi)的指標(biāo)，所以坐高鐵耳鳴的人少些。

　　車體上的氣壓載荷及氣密性問題，需要對(duì)車體結(jié)構(gòu)的疲勞性能進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)估技術(shù)，強(qiáng)度所多年來在多個(gè)型號(hào)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中已經(jīng)建立了整體結(jié)構(gòu)疲勞敏感性分析、裂紋擴(kuò)展路徑控制技術(shù)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)體系，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。高鐵車體結(jié)構(gòu)與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的諸多相似性，正好讓強(qiáng)度所的整體結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估驗(yàn)證技術(shù)在高鐵車體結(jié)構(gòu)的疲勞問題上煥發(fā)了新的活力。繼2006年的首次合作之后，強(qiáng)度所金屬強(qiáng)度研究室分別于2008年和2010年相繼承擔(dān)了“時(shí)速200公里鐵路動(dòng)車車體氣載疲勞實(shí)驗(yàn)”和“新一代鐵路動(dòng)車組用鋁合金型材評(píng)價(jià)用氣密實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格依照整體結(jié)構(gòu)疲勞敏感性分析驗(yàn)證技術(shù)體系，實(shí)施過程高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，有效解決了車體整體結(jié)構(gòu)的疲勞敏感性問題，為高鐵工程師們上交了一份滿意的答卷。

　　2017年又與中車唐山機(jī)車車輛有限公司簽訂協(xié)議完成了“吸能裝置靜強(qiáng)度加載實(shí)驗(yàn)”，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)邊界條件的準(zhǔn)確模擬具有很高的要求，對(duì)此強(qiáng)度所胸有成竹。強(qiáng)度所在C919飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)過程中，突破了多種載荷干涉分離、復(fù)雜邊界準(zhǔn)確模擬和一體化自平衡設(shè)計(jì)等技術(shù)，解決了用壁板代替全尺寸機(jī)身段進(jìn)行設(shè)計(jì)選型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的技術(shù)難題，該技術(shù)現(xiàn)已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。“吸能裝置靜強(qiáng)度加載實(shí)驗(yàn)”基于復(fù)雜邊界準(zhǔn)確模擬技術(shù)，準(zhǔn)確模擬了高鐵結(jié)構(gòu)上吸能裝置的復(fù)雜邊界，為高鐵設(shè)計(jì)師提供了準(zhǔn)確的靜強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。強(qiáng)度所金屬強(qiáng)度研究室主任董登科在回顧這些實(shí)驗(yàn)時(shí)多了幾分激動(dòng)，他說：“我們目前在不同型號(hào)飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估方面積累的重要技術(shù)，例如機(jī)翼盒段的復(fù)雜邊界模擬技術(shù)，機(jī)身等直段的一體化自平衡設(shè)計(jì)技術(shù)，都恰到好處地在高鐵車體實(shí)驗(yàn)中得到應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果。航空強(qiáng)度技術(shù)能在高鐵領(lǐng)域繼續(xù)大展拳腳，我們團(tuán)隊(duì)今后干勁又足了。”他表示航空強(qiáng)度應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展延伸，看到了強(qiáng)度技術(shù)的新價(jià)值，是對(duì)航空強(qiáng)度人的肯定和鼓勵(lì)，也給了他們很多啟發(fā)。

　　共創(chuàng)未來

　　針對(duì)高鐵的其他“疑難雜癥”，強(qiáng)度所還有不少“絕活”。攪拌摩擦焊就是其中一例，攪拌摩擦焊具有缺陷率低、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，隨著其工藝的發(fā)展和成熟，采用攪拌摩擦焊技術(shù)逐漸成為高速列車制造的主流趨勢(shì)。中車株機(jī)公司引進(jìn)了國(guó)內(nèi)第一條全攪拌摩擦焊列車產(chǎn)品生產(chǎn)線;2016年，青島四方列車公司采購了52m長(zhǎng)的大型數(shù)控動(dòng)龍門攪拌摩擦焊設(shè)備，這些新的變化帶來了摩擦焊接強(qiáng)度分析與評(píng)估技術(shù)的難題。強(qiáng)度所針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的摩擦焊接問題已經(jīng)構(gòu)建了摩擦焊接性能及可靠性評(píng)估系統(tǒng)，這套評(píng)估系統(tǒng)有待在高鐵的研制中再次擦出火花，為高鐵排憂解難。其他諸如高鐵車體的腐蝕防護(hù)、結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)、車體撞擊實(shí)驗(yàn)等諸多方面的問題，航空強(qiáng)度技術(shù)都有對(duì)癥的妙招。

　　對(duì)于未來的合作發(fā)展，強(qiáng)度所所長(zhǎng)王彬文信心滿滿。“我們瞄準(zhǔn)未來400公里時(shí)速的高鐵對(duì)隔音減振承載結(jié)構(gòu)和車廂儀表減振器的新要求，成立專門團(tuán)隊(duì)，首先研制出適合400公里和高寒高速鐵路列車的高鐵車廂儀表減振器，目前已經(jīng)做出樣品，將安裝在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車車廂上進(jìn)行測(cè)試。這是最近我們軍民融合發(fā)展的亮點(diǎn)之一。”強(qiáng)度所所長(zhǎng)王彬文如是說，他表示對(duì)航空強(qiáng)度技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用充滿期待并且信心十足。

　　航空工業(yè)強(qiáng)度所在多年飛機(jī)型號(hào)驗(yàn)證任務(wù)中，突破了大型飛機(jī)長(zhǎng)壽命/高可靠性要求的耐久性/損傷容限技術(shù)、結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)技術(shù)和全機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為多個(gè)飛機(jī)型號(hào)的研制提供了技術(shù)支撐，標(biāo)志著我國(guó)大型飛機(jī)的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和研究能力達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。這些先進(jìn)的航空強(qiáng)度技術(shù)不僅能夠繼續(xù)為祖國(guó)航空事業(yè)貢獻(xiàn)力量，同時(shí)也為強(qiáng)度所在軍民融合道路上的發(fā)展找到了契合點(diǎn)，期待著在高鐵領(lǐng)域加強(qiáng)深度合作，持續(xù)為高鐵安全保駕護(hù)航。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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