在廣東省珠江團隊《工程擾動巖石動力學理論和技術》項目(2019ZT08G315)支持下,深圳大學成功研制了全球首套“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”。2024年12月28日,由中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織對謝和平院士牽頭的珠江團隊項目“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”進行了成果評價,邀請了包括11位兩院院士和2位海外院士在內(nèi)的29位國內(nèi)外知名專家出席此次成果評價會。
成果評價會由中國工程院院士歐進萍任主任,中國工程院院士袁亮、中國科學院院士魏悅廣任副主任;中國科學院院士鄭泉水,中國工程院院士康紅普、陳湘生、林君、李術才、楊春和、吳愛祥、吳強,挪威技術科學院院士張志良、新加坡工程院院士周迎新、澳大利亞莫納什大學趙堅教授、中國煤炭學會劉峰理事長、北京科技大學校長楊仁樹教授、中國科學院武漢分院院長李海波研究員、東莞理工學院校長馬宏偉教授、重慶大學副校長盧義玉教授、大連理工大學唐春安教授、西安科技大學伍永平教授、中南大學李夕兵教授、中國礦業(yè)大學(北京)鞠楊教授、東南大學李建春教授、中國工程物理研究院王桂吉研究員、中國地質大學(北京)夏開文教授、華南理工大學劉逸平教授、總參工程兵科研三所張磊研究員任委員。評價會由中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技發(fā)展部部長曹文君主持。
專家組進行了現(xiàn)場考察,聽取了謝和平院士關于“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”研制情況介紹。團隊歷時六年不懈攻關,實現(xiàn)了原理構想、技術攻關、裝備研發(fā)從0到1的突破,自主原創(chuàng)了世界首套動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)。專家組認真審閱了相關資料,經(jīng)過質詢、討論和評議,一致認為該成果填補了該領域全球技術空白,取得了重大技術突破,整體達到了國際領先水平。
目前,全球范圍內(nèi)重大巖石工程數(shù)量日益增加、埋深越來越深、建設難度增大,施工與運維過程中工程擾動強烈,工程安全面臨巨大挑戰(zhàn)。然而,重大工程建造與運維的設計和分析多沿用傳統(tǒng)的理論和方法,常將動力學問題靜態(tài)化,未充分考慮建造與運維各種工況的動力擾動對工程響應的影響,給工程建設與運維安全帶來巨大隱患。施工與運維過程中動力擾動常呈現(xiàn)多軸多向特征,然而,目前國際上缺乏反映這種真實工程狀態(tài)的動力學試驗測試手段和理論分析體系,特別是三維多向巖石動力學試驗測試方法、技術和裝置是世界空白。
針對這一世界難題和技術空白,謝和平院士在國際上率先提出了“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”的創(chuàng)新研制構想、原理方法與技術方案。經(jīng)過六年的科研攻關,成功研制出了具有完全自主知識產(chǎn)權的全球首套“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”。該系統(tǒng)創(chuàng)造性地研制了全球首套動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)。提出了動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿主體控制方法與技術,研制了三軸六向霍普金森桿與試樣定位對中與控制、與脈沖槍的三維對中調(diào)平、波導桿三維對中調(diào)控支撐裝置,以及多軸多向動靜耦合加載的吸能緩沖與自復位裝置,實現(xiàn)了三軸六向霍普金森波導桿、試樣與脈沖槍的三維高精度快速對中調(diào)平精準控制。首次開展完成了三軸六向動態(tài)加載與多軸多向動靜耦合加載測試試驗,填補了國內(nèi)外空白。首創(chuàng)了三軸六向電磁應力脈沖加載方法、技術與裝置。獨創(chuàng)了三軸六向電磁應力脈沖發(fā)生器裝置,形成了基于分頻觸發(fā)均流放電及瞬態(tài)高電流防護技術的三軸六向電磁應力脈沖同步協(xié)調(diào)控制方法,破解了應力波加載到時誤差大、波形重復度低的世界難題,實現(xiàn)了三軸六向電磁應力脈沖的可調(diào)(幅值范圍0~600MPa,脈寬范圍300~800μs)、可控(到時誤差≤5μs)及可重復性(重復率>99%)。首創(chuàng)了三軸六向動靜耦合加載方法、技術與設備。研發(fā)了多軸多向動靜耦合加載轉換控制方法、技術及裝置,突破了真三軸靜力加載系統(tǒng)和三軸六向動力加載系統(tǒng)高精度耦合的技術瓶頸,實現(xiàn)了靜態(tài)圍壓和電磁應力脈沖的多軸多向動靜耦合加載。研究開發(fā)了多元動態(tài)實時數(shù)據(jù)采集分析方法和設備。提出了應變信號采集全過程的抗強電磁干擾應變信號采集方法,自主研制了三維位移場實時演化觀測和分析裝置,攻克了三軸六向動靜耦合加載系統(tǒng)觀測限制難題,實現(xiàn)了動靜耦合加載下三維位移場的實時演化分析。
本項目成果填補了國際上三維巖石動力學試驗測試手段的空白,將為工程擾動巖石動力學理論研究提供全新方法、手段和平臺,為力學、物理學、高壓地學、地震學、材料學、空間科學等基礎學科探索建立多維多向動(靜)力學新理論與新方法,為礦業(yè)工程、地質工程、地下工程、土木水利工程、國防工程等工程領域的動力災變探索提供技術支撐,助力我國實現(xiàn)高水平科技自立自強、發(fā)展新質生產(chǎn)力等戰(zhàn)略目標。