冬奥风采 北化添彩

文/李新亮 刘一君 温志垠 图/北京化工大学

1.轮椅冰壶队运动员使用碳纤维复合材料推杆进行日常训练

2.第一辆国产碳纤维雪车

助力国产碳纤维雪车实现从0到1的突破

在国产高端体育器材的需求牵引下，科技部设立了“科技冬奥”重点专项，由中国航天材料及工艺研究所牵头，联合10家单位，利用碳纤维复合材料，研制冬季项目的高性能器材。碳纤维雪车是项目组的主要研究目标之一，北京化工大学杨小平教授是这个项目的负责人。

整个项目研制分为两个阶段。第一个阶段是填补空白阶段，实现了从“0”到“1”的突破。2019年11月开始，项目组联合装备、设计、材料、制造和体育等部门，克服底子薄和新冠肺炎疫情影响等困难，于2021年1月研制出了第一台国产碳纤维雪车。此后，在国家体育总局冬运中心指导下，研发团队联合中国一汽集团，全面提升雪车各环节关键技术及性能。到2021年9月正式交付使用时，迭代升级后的国产雪车不仅达到了“可用”标准，还实现了“好用”的效果。

在碳纤维雪车的设计与建造中，有三大技术亮点：一是低阻力高可靠外形结构一体化设计。二是复杂翼身融合结构高质量整体成型技术。三是北京化工大学负责研制的高抗冲碳/玻混材复合材料。团队借鉴航空发动机包容结构材料设计，通过采用国产宇航级的T800碳纤维复合材料，研制出高抗冲碳/玻混材复合材料，特别是突破了其耐高低温性能。复合材料的一个关键指标冲击或压缩强度达到了350兆帕，性能达到国际先进水平，为装备和运动员安全提供了坚实的基础支撑。

北京冬奥会期间，中国雪车运动员驰骋赛场，虽然国产雪车暂时没有登上冬奥会的赛场，但我们坚信，在下一届冬奥会的赛场上，必将能看到“中国红”在奥林匹克的冰面上驰骋。

3.碳纤维复合材料推杆

4.方舟老师与学生开展国产高钒封闭索首用耐久性研究

杨小平教授说，作为材料人，不仅现在用心研制碳纤维二人/四人雪车、滑雪板、冰球杆等器材，更希望在未来，能将石墨烯、生物基橡胶等前沿新材料应用到国产高端体育器材研发上。

碳纤维复合材料推杆助轮椅冰壶队夺冠

杨小平教授团队的另一项主要成果是突破了推杆外形结构设计、专用复合材料体系等多项关键技术，研究了轻质高强的冰壶推杆，有效提高了轮椅冰壶项目的日常训练和比赛水平。

此外，为满足不同运动员的个性化需求，项目组为每个运动员量身定做了专属碳纤维复合材料推杆，助力中国轮椅冰壶队在北京冬残奥会轮椅冰壶决赛中，战胜瑞典队，为中国代表团斩获本届冬残奥会上的第十八枚金牌。

为冬奥场馆安全保驾护航

2020年，北京化工大学机电工程学院安全科学与工程专业方舟教授，就带领团队开始了助力冬奥的研究。团队以关键材料耐久性研究、健康状态监测等先进的安全科学技术为重点，为北京冬奥会主要场馆国家速滑馆、鸟巢、冰立方提供安全保障。

5.方舟老师与科研团队在国家速滑馆合影

国产高钒封闭索：国家速滑馆“冰丝带”作为北京冬奥会唯一新建的冰上比赛场馆而备受关注。方舟教授联合设计单位，针对场馆建设中国产高钒封闭索使用时遇到的关键技术问题开展研究，打破关键材料上的国际垄断，不仅保障了“冰丝带”安全，还推动了国产封闭索产业化进程。

“健康监测”技术支持：北化科研团队建立了大型复杂结构健康监测、环境健康监测方法，形成自主知识产权，与设计单位协作，首次形成了完整的设计、监测、数据分析、反馈设计优化的闭环体系。它不仅应用于国家速滑馆，也受邀为鸟巢、2022年卡塔尔世界杯主赛场等国内外著名场馆提供技术方案。

“水”改“冰”安全评估：“水冰转换”的实现可谓世界体育场馆的奇迹。在“水立方”改“冰立方”过程中，方舟教授团队受“冰立方”设计总负责人、冬夏双奥场馆总设计师郑方的邀请，对屋顶天沟U型钢底板开展紧急评估工作。通过实地勘察、数据采集与分析，为冰立方免去大范围屋顶更换，节约大量时间和经济成本。