碰撞安全研究，帶來“聽得見”的希望

衛婷婷

列車碰撞事故造成的重大人員傷亡讓人觸目驚心。2011年7月23日，甬溫線動車發生嚴重列車追尾事故。事故發生后，黨中央、國務院高度重視，各級各界積極投入事故救援。這次事故的影響無疑是沉重而深遠的，它給我國軌道交通事業發展敲響了一記警鐘，加速推動了我國列車安全防護相關研究進程，并逐漸形成了“以人為本”的發展準則。

目前，英、德、美等國及我國均已將列車耐撞性要求納入相關標準?？茖W再現列車碰撞沖擊響應、真實評估列車碰撞安全性能成為世界各國共同關注的焦點問題，也是提升我國軌道交通裝備制造業國際競爭力亟待解決的難題之一。在此研究領域深造、探索近十年，中南大學交通運輸工程學院、軌道交通安全教育部重點實驗室講師陽程星收獲頗豐。

2022年，時年31歲的他成功入選中國科協（鐵道學會）“青年人才托舉工程”，成為中南大學交通運輸工程學院極少數獲此殊榮的青年學者?！拔矣X得這既是對我過往研究工作的認可，也是對我未來發展的鞭策。我應該牢牢把握這段科研的‘黃金時間，保持旺盛的精力、充沛的體能，激發內在的創新活力，打破條條框框的束縛，敏銳捕捉外部變化，積極接受探索新事物，在‘青托工程的支持下做出更具創造性的成果?！边@是陽程星最真切的心理感受，也是他繼續從事列車結構輕量化與安全防護設計領域研究的底氣和信心來源。

知識為立世之根

2005年，一名臉色黝黑、身材瘦弱的年輕人走進了大眾的視線，也走進了彼時還在念初中的陽程星生命中。這名年輕人叫洪戰輝，他帶著妹妹上大學的事跡感動全中國的同時，也讓同樣出身于鄉村的陽程星看到了奮斗的力量，且第一次知道了中南大學這樣一所高校。從此，他有了前進的方向?！半m然義務教育在現在已經非常普及，但當時在我的家鄉——湖南郴州安仁縣，教育資源和質量還相對落后。不過我很幸運，家里長輩都篤信‘知識為人立世之根的教育理念，所以即使家里一度在貧困線上掙扎，但依然竭力供我念書?！币舱蛉绱?，陽程星比許多同齡人更加深諳腳踏實地、不忘初心的道理。不過，那時的陽程星還完全想不到，自己未來會深陷在對列車研究的熱愛之中。

在陽程星曾經的人生規劃中，中南大學湘雅醫學院是志愿首選，但高考場上的偶然失利將他兜兜轉轉地帶入了交通運輸工程學院。他并不感到氣餒，反而更加刻苦、踏實，“因為那是我不了解的領域，當然就要花費更多的工夫來學習”。也正是因為他的篤學與奮行，在行業內大部分學子都選擇將精力放在研究如何大幅提升列車運行速度時，他已經默默開始在如何確保列車運行安全的問題上不斷深潛。2017年，他甚至走出國門，遠赴英國曼徹斯特大學開啟嶄新的人生旅程?！捌鋵嵆鰢顣囊巹澪液茉缇陀?，本科期間，在導師的帶領下，我相繼參與了武漢地鐵隧道壓力測試、蘭新高鐵大風環境試驗等項目，這些寶貴的實踐經歷為我積累下了許多有益經驗，但知識上的短板也同時暴露出來，所以我堅信應該開闊眼界，在基礎理論方面做更深入的探究才能走得更遠。大四畢業時，我在保研和出國之間選擇了前者，博士階段，我覺得這個計劃是時候該兌現了?！标柍绦钦f。

安全為運行之本

“保持獨立（Be?independent），是我旅居海外3年最大的收獲?！?020年博士畢業于曼徹斯特大學，陽程星如此概括這段“痛并快樂著”的學術經歷。

雖然在碩士期間就已經主持完成過中南大學研究生自主探索科研創新項目“地鐵頭車承載式吸能結構多目標優化”，也參與到了國家自然科學基金“高速列車碰撞小尺度等效模型相似機理及行為演化”及國家重點研發計劃任務“高速列車碰撞能量分配試驗評估技術”項目當中，但陽程星在遠赴異鄉前仍十分擔憂自己的求學進程?！肮プx博士跟念本科、碩士都不一樣，畢業進程是隨著研究進度而調整的，每年都要經過報告、答辯來確保自己的博士資格，壓力挺大的?！钡珣c幸的是，他遇到了在精神和學術上均使他信服，并具有引領作用的良師益友，“我的幾位導師都有著古典主義的學術氣質，非常沉得下心，在他們的影響下，我的焦慮隨著專業知識的積淀，慢慢就煙消云散了”。這段在學長學姐口中平均3.5～4.5年的博士攻讀過程，生生在陽程星的夜以繼日、銳意進取中被“壓縮”成了3年。

2021年正式歸國加入母校的陽程星，是帶著自主創新的科研成果回來的。多年來，他一直執著地從事著列車輕量化與耐撞性設計研究，致力于不同尺度下材料結構吸能一體化設計和表征等基礎理論的研究與工程技術應用，且將目光始終聚焦于軌道列車復雜服役環境下多孔材料和復合結構的力學性能及其優化設計。在輕質點陣材料方面，陽程星原創性地提出了類墨魚骨點陣單胞、晶體拓撲點陣材料及三維梯度點陣材料等，揭示了其壓潰變形機制、能量吸收機理及Gibson-Ashby冪律；在增強復合結構方面，他提出了泡沫填充Al/CFRP薄壁復合結構、多層串聯Nomex.蜂窩復合結構、聚酯纖維填充Nomex.蜂窩復合結構等，分別揭示了其準靜態、動態壓潰性能及吸聲降噪性能影響因素和匹配機制；在列車碰撞防護吸能方面，他又開拓性地提出了結構損傷評估方法和應變損傷識別網絡，提供了車輛壓潰區多級設計策略，并研發了一系列高效、穩定、可控吸能裝置，構建了城軌車輛碰撞仿真理論框架和高速列車1D/3D聯合仿真動力學模型，解決了列車碰撞能量協同匹配耗散難題。更值得一提的是，截至目前，他的相關研究成果已被成功應用于美國波士頓地鐵列車防撞柱、香港沙中線地鐵列車壓潰區結構，以及復興號動車組的全尺寸碰撞實驗之中?！芭c傳統的無序泡沫材料相比，點陣材料因其規則的單胞排列而成為一種理想的填充方式?！标柍绦茄a充道。

這一思想理念，在陽程星回國后被成功遷移到國家重點研發計劃課題“碳陶制動盤功能一體化設計與緊固連接關鍵技術”之中，根據機械力、熱負荷和氣流場從制動盤到緊固件的傳遞機理，他提出了“力-熱-流”耦合作用下的碳陶盤體初始拓撲構型。

“首先應該明確的是，制動部件是確保高速列車行車安全的關鍵。時速400km的高速列車純空氣制動時摩擦材料承受的制動能量密度會大于1400J/cm2，制動盤表面瞬間溫度通常會高達900℃?！边@就意味著，針對在復雜運營條件下時速400km及以下的高速列車，其制動盤/閘片的摩擦性能，即穩定性、耐磨性、耐高溫性、結構穩定性及抗疲勞性等因素，都是動輒關乎成百上千名乘員切身安全的大事，也是陽程星為什么會花費無數日夜反復推敲、驗證碳陶制動盤優化構型的動力源泉。這一結構不單解決了高速高能載制動散熱的技術瓶頸，也推動了輕量化材料在高速列車上的應用。

“現在正是中國高鐵防護安全性發展的高速成長期?！标柍绦钦Z氣堅定。自2008年8月1日，我國第一條高速鐵路——京津城際鐵路將中國高鐵時代的大門叩開，十數年間，在軌道交通無數相關研究工作者的協同努力下，我國高速列車幾乎已經完成了從追求速度到追求“快、準、穩”三位一體運行質量的轉變?？v然其間經歷過挫折與困難，但從2007年“和諧號”需通過技術引進、合作生產等形式結合并內化德、日、法等國家的高速動車組技術，到10年后的2017年，中國標準、中國制造的新一代動車組“復興號”正式宣告中國高鐵告別混血時代，不難看出我國高鐵科技的長足進展——我們正在一步一步向著領跑世界的目標穩穩邁進。

因此，作為一名身處其列的研究工作者，陽程星表示將繼續承擔起青年科技工作者“敢擔當、勇向前”的職責與義務，繼續以飽滿的熱情向著自己的理想前行。隨著中南大學軌道交通現代產業學院晉級為國家級產業學院，交通運輸工程被確定為國家“雙一流”學科，科研之外，陽程星的肩上必將再扛起一份“育才樹人”的重托，不過他始終干勁滿滿、甘之如飴。

“列車碰撞試驗難免爆發巨響。在生活中，這聲巨響是災難的開始，但在實驗室里，這卻是實現技術突破‘聽得見的希望。同時，作為一名教育從業者，我也希望聲聲‘巨響能引起更多同仁的注意，攜手并進，煥發這一學科的新活力?！标柍绦钦f。

（責編：關弋）