碰撞安全研究，带来“听得见”的希望

卫婷婷

列车碰撞事故造成的重大人员伤亡让人触目惊心。2011年7月23日，甬温线动车发生严重列车追尾事故。事故发生后，党中央、国务院高度重视，各级各界积极投入事故救援。这次事故的影响无疑是沉重而深远的，它给我国轨道交通事业发展敲响了一记警钟，加速推动了我国列车安全防护相关研究进程，并逐渐形成了“以人为本”的发展准则。

目前，英、德、美等国及我国均已将列车耐撞性要求纳入相关标准。科学再现列车碰撞冲击响应、真实评估列车碰撞安全性能成为世界各国共同关注的焦点问题，也是提升我国轨道交通装备制造业国际竞争力亟待解决的难题之一。在此研究领域深造、探索近十年，中南大学交通运输工程学院、轨道交通安全教育部重点实验室讲师阳程星收获颇丰。

2022年，时年31岁的他成功入选中国科协（铁道学会）“青年人才托举工程”，成为中南大学交通运输工程学院极少数获此殊荣的青年学者。“我觉得这既是对我过往研究工作的认可，也是对我未来发展的鞭策。我应该牢牢把握这段科研的‘黄金时间，保持旺盛的精力、充沛的体能，激发内在的创新活力，打破条条框框的束缚，敏锐捕捉外部变化，积极接受探索新事物，在‘青托工程的支持下做出更具创造性的成果。”这是阳程星最真切的心理感受，也是他继续从事列车结构轻量化与安全防护设计领域研究的底气和信心来源。

知识为立世之根

2005年，一名脸色黝黑、身材瘦弱的年轻人走进了大众的视线，也走进了彼时还在念初中的阳程星生命中。这名年轻人叫洪战辉，他带着妹妹上大学的事迹感动全中国的同时，也让同样出身于乡村的阳程星看到了奋斗的力量，且第一次知道了中南大学这样一所高校。从此，他有了前进的方向。“虽然义务教育在现在已经非常普及，但当时在我的家乡——湖南郴州安仁县，教育资源和质量还相对落后。不过我很幸运，家里长辈都笃信‘知识为人立世之根的教育理念，所以即使家里一度在贫困线上挣扎，但依然竭力供我念书。”也正因如此，阳程星比许多同龄人更加深谙脚踏实地、不忘初心的道理。不过，那时的阳程星还完全想不到，自己未来会深陷在对列车研究的热爱之中。

在阳程星曾经的人生规划中，中南大学湘雅医学院是志愿首选，但高考场上的偶然失利将他兜兜转转地带入了交通运输工程学院。他并不感到气馁，反而更加刻苦、踏实，“因为那是我不了解的领域，当然就要花费更多的工夫来学习”。也正是因为他的笃学与奋行，在行业内大部分学子都选择将精力放在研究如何大幅提升列车运行速度时，他已经默默开始在如何确保列车运行安全的问题上不断深潜。2017年，他甚至走出国门，远赴英国曼彻斯特大学开启崭新的人生旅程。“其实出国念书的规划我很早就有，本科期间，在导师的带领下，我相继参与了武汉地铁隧道压力测试、兰新高铁大风环境试验等项目，这些宝贵的实践经历为我积累下了许多有益经验，但知识上的短板也同时暴露出来，所以我坚信应该开阔眼界，在基础理论方面做更深入的探究才能走得更远。大四毕业时，我在保研和出国之间选择了前者，博士阶段，我觉得这个计划是时候该兑现了。”阳程星说。

安全为运行之本

“保持独立（Be independent），是我旅居海外3年最大的收获。”2020年博士毕业于曼彻斯特大学，阳程星如此概括这段“痛并快乐着”的学术经历。

虽然在硕士期间就已经主持完成过中南大学研究生自主探索科研创新项目“地铁头车承载式吸能结构多目标优化”，也参与到了国家自然科学基金“高速列车碰撞小尺度等效模型相似机理及行为演化”及国家重点研发计划任务“高速列车碰撞能量分配试验评估技术”项目当中，但阳程星在远赴异乡前仍十分担忧自己的求学进程。“攻读博士跟念本科、硕士都不一样，毕业进程是随着研究进度而调整的，每年都要经过报告、答辩来确保自己的博士资格，压力挺大的。”但庆幸的是，他遇到了在精神和学术上均使他信服，并具有引领作用的良师益友，“我的几位导师都有着古典主义的学术气质，非常沉得下心，在他们的影响下，我的焦虑随着专业知识的积淀，慢慢就烟消云散了”。这段在学长学姐口中平均3.5～4.5年的博士攻读过程，生生在阳程星的夜以继日、锐意进取中被“压缩”成了3年。

2021年正式归国加入母校的阳程星，是带着自主创新的科研成果回来的。多年来，他一直执着地从事着列车轻量化与耐撞性设计研究，致力于不同尺度下材料结构吸能一体化设计和表征等基础理论的研究与工程技术应用，且将目光始终聚焦于轨道列车复杂服役环境下多孔材料和复合结构的力学性能及其优化设计。在轻质点阵材料方面，阳程星原创性地提出了类墨鱼骨点阵单胞、晶体拓扑点阵材料及三维梯度点阵材料等，揭示了其压溃变形机制、能量吸收机理及Gibson-Ashby幂律；在增强复合结构方面，他提出了泡沫填充Al/CFRP薄壁复合结构、多层串联Nomex.蜂窝复合结构、聚酯纤维填充Nomex.蜂窝复合结构等，分别揭示了其准静态、动态压溃性能及吸声降噪性能影响因素和匹配机制；在列车碰撞防护吸能方面，他又开拓性地提出了结构损伤评估方法和应变损伤识别网络，提供了车辆压溃区多级设计策略，并研发了一系列高效、稳定、可控吸能装置，构建了城轨车辆碰撞仿真理论框架和高速列车1D/3D联合仿真动力学模型，解决了列车碰撞能量协同匹配耗散难题。更值得一提的是，截至目前，他的相关研究成果已被成功应用于美国波士顿地铁列车防撞柱、香港沙中线地铁列车压溃区结构，以及复兴号动车组的全尺寸碰撞实验之中。“与传统的无序泡沫材料相比，点阵材料因其规则的单胞排列而成为一种理想的填充方式。”阳程星补充道。

这一思想理念，在阳程星回国后被成功迁移到国家重点研发计划课题“碳陶制动盘功能一体化设计与紧固连接关键技术”之中，根据机械力、热负荷和气流场从制动盘到紧固件的传递机理，他提出了“力-热-流”耦合作用下的碳陶盘体初始拓扑构型。

“首先应该明确的是，制动部件是确保高速列车行车安全的关键。时速400km的高速列车纯空气制动时摩擦材料承受的制动能量密度会大于1400J/cm2，制动盘表面瞬间温度通常会高达900℃。”这就意味着，针对在复杂运营条件下时速400km及以下的高速列车，其制动盘/闸片的摩擦性能，即稳定性、耐磨性、耐高温性、结构稳定性及抗疲劳性等因素，都是动辄关乎成百上千名乘员切身安全的大事，也是阳程星为什么会花费无数日夜反复推敲、验证碳陶制动盘优化构型的动力源泉。这一结构不单解决了高速高能载制动散热的技术瓶颈，也推动了轻量化材料在高速列车上的应用。

“现在正是中国高铁防护安全性发展的高速成长期。”阳程星语气坚定。自2008年8月1日，我国第一条高速铁路——京津城际铁路将中国高铁时代的大门叩开，十数年间，在轨道交通无数相关研究工作者的协同努力下，我国高速列车几乎已经完成了从追求速度到追求“快、准、稳”三位一体运行质量的转变。纵然其间经历过挫折与困难，但从2007年“和谐号”需通过技术引进、合作生产等形式结合并内化德、日、法等国家的高速动车组技术，到10年后的2017年，中国标准、中国制造的新一代动车组“复兴号”正式宣告中国高铁告别混血时代，不难看出我国高铁科技的长足进展——我们正在一步一步向着领跑世界的目标稳稳迈进。

因此，作为一名身处其列的研究工作者，阳程星表示将继续承担起青年科技工作者“敢担当、勇向前”的职责与义务，继续以饱满的热情向着自己的理想前行。随着中南大学轨道交通现代产业学院晋级为国家级产业学院，交通运输工程被确定为国家“雙一流”学科，科研之外，阳程星的肩上必将再扛起一份“育才树人”的重托，不过他始终干劲满满、甘之如饴。

“列车碰撞试验难免爆发巨响。在生活中，这声巨响是灾难的开始，但在实验室里，这却是实现技术突破‘听得见的希望。同时，作为一名教育从业者，我也希望声声‘巨响能引起更多同仁的注意，携手并进，焕发这一学科的新活力。”阳程星说。

（责编：关弋）