在廣東省珠江團(tuán)隊《工程擾動巖石動力學(xué)理論和技術(shù)》項目(2019ZT08G315)支持下,深圳大學(xué)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(tuán)隊項目“動態(tài)真三軸電磁霍普金森桿試驗測試系統(tǒng)”進(jìn)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(jìn)萍任主任,中國工程院院士袁亮、中國科學(xué)院院士魏悅廣任副主任;中國科學(xué)院院士鄭泉水,中國工程院院士康紅普、陳湘生、林君、李術(shù)才、楊春和、吳愛祥、吳強(qiáng),挪威技術(shù)科學(xué)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(xué)趙堅教授、中國煤炭學(xué)會劉峰理事長、北京科技大學(xué)校長楊仁樹教授、中國科學(xué)院武漢分院院長李海波研究員、東莞理工學(xué)院校長馬宏偉教授、重慶大學(xué)副校長盧義玉教授、大連理工大學(xué)唐春安教授、西安科技大學(xué)伍永平教授、中南大學(xué)李夕兵教授、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)鞠楊教授、東南大學(xué)李建春教授、中國工程物理研究院王桂吉研究員、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)夏開文教授、華南理工大學(xué)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(jìn)行了現(xiàn)場考察,聽取了謝和平院士關(guān)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(tuán)隊歷時六年不懈攻關(guān),實現(xiàn)了原理構(gòu)想、技術(shù)攻關(guān)、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(rèn)真審閱了相關(guān)資料,經(jīng)過質(zhì)詢、討論和評議,一致認(rèn)為該成果填補(bǔ)了該領(lǐng)域全球技術(shù)空白,取得了重大技術(shù)突破,整體達(dá)到了國際領(lǐng)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(shè)難度增大,施工與運(yùn)維過程中工程擾動強(qiáng)烈,工程安全面臨巨大挑戰(zhàn)。然而,重大工程建造與運(yùn)維的設(shè)計和分析多沿用傳統(tǒng)的理論和方法,常將動力學(xué)問題靜態(tài)化,未充分考慮建造與運(yùn)維各種工況的動力擾動對工程響應(yīng)的影響,給工程建設(shè)與運(yùn)維安全帶來巨大隱患。施工與運(yùn)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(xué)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(xué)試驗測試方法、技術(shù)和裝置是世界空白。
針對這一世界難題和技術(shù)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(gòu)想、原理方法與技術(shù)方案。經(jīng)過六年的科研攻關(guān),成功研制出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(shù),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(dǎo)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(fù)位裝置,實現(xiàn)了三軸六向霍普金森波導(dǎo)桿、試樣與脈沖槍的三維高精度快速對中調(diào)平精準(zhǔn)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(bǔ)了國內(nèi)外空白。首創(chuàng)了三軸六向電磁應(yīng)力脈沖加載方法、技術(shù)與裝置。獨(dú)創(chuàng)了三軸六向電磁應(yīng)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(hù)技術(shù)的三軸六向電磁應(yīng)力脈沖同步協(xié)調(diào)控制方法,破解了應(yīng)力波加載到時誤差大、波形重復(fù)度低的世界難題,實現(xiàn)了三軸六向電磁應(yīng)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(fù)性(重復(fù)率>99%)。首創(chuàng)了三軸六向動靜耦合加載方法、技術(shù)與設(shè)備。研發(fā)了多軸多向動靜耦合加載轉(zhuǎn)換控制方法、技術(shù)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(shù)瓶頸,實現(xiàn)了靜態(tài)圍壓和電磁應(yīng)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(shè)備。提出了應(yīng)變信號采集全過程的抗強(qiáng)電磁干擾應(yīng)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(bǔ)了國際上三維巖石動力學(xué)試驗測試手段的空白,將為工程擾動巖石動力學(xué)理論研究提供全新方法、手段和平臺,為力學(xué)、物理學(xué)、高壓地學(xué)、地震學(xué)、材料學(xué)、空間科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科探索建立多維多向動(靜)力學(xué)新理論與新方法,為礦業(yè)工程、地質(zhì)工程、地下工程、土木水利工程、國防工程等工程領(lǐng)域的動力災(zāi)變探索提供技術(shù)支撐,助力我國實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力等戰(zhàn)略目標(biāo)。