“山中方一日,世上已千年”
(上接A1版)
总体而言,CHIEF将超重力离心机能力从国内400g·t级、国际最大1200g·t突破至1900g·t,具备单次实验再现岩土体千米尺度演变与灾变、污染物万年历时迁移及获取千种材料成分的实验能力。
科学目标达成的第一步就是要在地球上产生一个超重力场,这也是CHIEF的第一部分超重力离心模拟装置的使命。超重力离心机通过转臂高速旋转在实验舱内产生离心加速度,舱内的物质就会受到离心力的影响。“当然也还会受到重力加速度的作用,但是1g与离心加速度相比非常小,可以忽略。”陈云敏解释。
有了超重力场,科学家就能在里面开展各类实验了,而具体的实验场所就是CHIEF的6座超重力实验舱及18台机载装置。根据设计,科学家们可以全过程观测超重力环境下岩土体、地球深部物质、合金熔体等多相介质的物质运动;揭示岩土体大时空演变与成灾、地质过程演变与成岩成矿、合金熔体超重力凝固的机制,为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础条件支撑。
CHIEF的离心机容量世界最大,因此要做成这样一个“大家伙”,肯定困难重重,尤其是涉及48项关键技术。
陈云敏要求团队成员在正式开工之前把可能碰到的技术难题都提出来,很长一段时间以来,团队所做的正是这样一个有点类似“找茬”的预研工作。到目前为止,他们挖出了建设过程中会遇到的48项关键技术,也论证了项目从原理上讲是可行的。
在超重力离心机主机的预研过程中,他们就发现了一个类似问题。
转轴下面有电机,带动转臂高速转动,产生离心力。但是在旋转的过程中,当达到临界转速时,系统会发生共振,产生的晃动会降低转速,可能就无法达到设计的极限值。这有点类似小时候玩的陀螺,一旦产生晃动后,旋转速度就会降低。陈云敏打了个比方,超重力离心机主机就好像是一个挑着扁担在转圈的人,如何让他不“晕头转向”,就是在预研阶段要解决的难题。目前团队已经通过现有的ZJU400超重力离心机验证了这个问题。
过程中,团队不断地小试中试,提出难点问题,设计解决方案,验证方法和参数, “这是做工程的基本原则,用在工程上的设计方法和算法要通过试验验证过才能使用。”
在预研的过程中,陈云敏团队获得了许多研究成果。其中的一个项目“高速铁路列车运行动力效应试验系统”入选2017年度“中国高等学校十大科技进展”。这个“在实验室里跑高铁”的项目,在可控条件下研究高速列车运行引起的线路路基动力效应,具有重要的科学意义和工程价值。
还有一项成果是关于近海工程研究的。海上大型构筑物往往受到不同方向的荷载,团队利用超重力场下的缩尺效应,研发了世界上首台超重力三向加载实验装置和国内首台超重力波浪模拟实验装置,能够模拟海上大型构筑物服役期间的波浪荷载和其他多向荷载,从而助力海上风力发电机等重大工程的设计和建造。“超重力设施这个项目就像是个大熔炉,我们一边预研,一边碰撞出新的火花。”浙江大学建筑工程学院教授朱斌说。
项目还没正式开建,就已经成果迭出,这听上去很新鲜。陈云敏说,超重力的环境是全新的,可以让大家脑洞大开,不受以往教科书知识的束缚,“这样一个极端环境促使大家带着问题去思考,老师和学生的思维就非常活跃。”
当然预研只是万里长征的头几步。下一阶段,团队将对每台机载装置各个子系统的参数进行验证。
本报记者 林洁 通讯员 吴雅兰 柯溢能