杨绍普:解码“非线性” 守护中国路桥

2019-01-11 13:16:53  来源:河北新闻网  编辑:张瞬晗   责编:董健雄

杨绍普:解码“非线性” 守护中国路桥

图为杨绍普。图片由受访者提供

  【人物名片】

  杨绍普,男,1962年11月出生,河北平山人,工学博士。现为石家庄铁道大学党委副书记、校长,石家庄铁道大学教授、博士生导师,兼任IFToMM(国际机构与机器学联合会)非线性振动技术委员会委员、中国振动工程学会副理事长。杨绍普致力于车辆动力学与机械系统故障诊断的研究,是我国非线性动力学与控制领域的知名专家,攻克了动力学与控制的若干关键理论与技术难题,为我国公路交通和轨道交通发展作出了重要贡献。荣获2018年河北省科学技术突出贡献奖。

  身材消瘦,一身蓝色旧西装、一双黑色方口布鞋,走在石家庄铁道大学校园里,杨绍普像个貌不惊人的“扫地僧”。

  武侠小说里的“扫地僧”,深藏不漏,但武功超群。杨绍普正是这样一位“高手”:他解决了提速机车悬挂系统振动难题,3次助力中国铁路大提速;他提出基于车路相互作用的道路动态设计方法,提高了道路动态设计水平,保证了道路寿命和安全性;他开发出机械故障快速识别及诊断技术,为大型机械在高铁、地铁施工中安全运行“保驾护航”……

  从事非线性动力学研究30多年,杨绍普说:“生命的轨迹犹如高度非线性运动。唯有拼搏奋斗,才能走出有价值的曲线。”

  助中国铁路跑出新速度

  上世纪90年代,中国旅客列车最高运行时速仅为110公里,货运列车最高时速更是只有70公里左右。

  提速迫在眉睫,但制约提速的一系列技术难题尚未解决,头一桩就是提速机车的研制。

  1996年,杨绍普接到铁道部一道“英雄帖”,34岁的他,承担了SS7提速机车悬挂系统振动控制的任务。

  科研条件异常艰苦。“租一个振动试验台一小时收费3万元,我们经费有限,租不起。”杨绍普自己动手,在学校原有的液压实验台上设计改造了一个双偏心机械激振装置,让研究得以继续。

  不分昼夜,杨绍普团队鏖战在实验室,完成了牵引电机工作环境评价与计算、电力机车受电弓振动控制等一系列课题。

  2000年,在大同机车厂为提速生产的SS7型电力机车振动问题研讨会上,很多专家认为机车存在高频振动问题,有安全隐患,建议“废弃已花费几个月做出的方案”。

  杨绍普坚持,“原来的方案可以继续。”他带领团队对相关参数反复进行分析优化,最终解决了机车电器设备振动过大问题,不但挽回一千万多元成本投入,更节约了宝贵时间。

  后来,这些成果应用于陇海线提速主力车型SS7B、SS7C、SS7D上,累计生产232台,保证了机车在160公里时速上平稳运行,为我国铁路提速工程作出了重要贡献。

  就在铁路提速工程推进时,按照原标准设计的桥梁出现了横向振动超过规范限界的严重问题,对行车安全造成威胁。

  1998年春节还没过完,杨绍普率领团队一头扎到郑州黄河大桥下做实验。

  火车经过时不能布置传感器,研究人员只能抓住火车过后的“天窗”时间,上桥布置传感器,检查传输线路,反复调整减振装置。

  “天真冷啊,裹着两件棉大衣一会儿就冻透了。”对于这些“苦”,杨绍普早已习惯:“这是铁道人的家常便饭。”

  一待两个月,黄河大桥横向振动问题终于解决。

  此后几年,杨绍普团队的科研成果得到广泛应用,为京广线桥梁振动控制、秦岭隧道贯通等重大工程提供了重要技术保证。2003年,杨绍普主持的“工程结构的振动控制与故障诊断研究及应用”摘取国家科技进步二等奖。

  “一个人能不能干成事,最终起决定作用的是顽强的毅力。能坚持,善思考,灵感才会冒出来。”杨绍普说。

  给高速公路套上“长命锁”

  杨绍普选择研究方向,一直坚持科学前沿和国家需求的“双轮驱动”原则。

  进入新世纪,我国公路交通高速化、重型化、智能化战略需求日益迫切。

  怎样进一步提升道路质量?高速公路好比“三明治”,由土基、碎石、沥青等多层构成,道路设计者在进行结构设计时,往往根据“经验公式和静力学理论”进行指标验算。

  杨绍普想把动力学分析方法引入高速公路设计,使计算结果更精准。

  2005年,基于多年研究,他提出一个“大胆”设想——突破以往单独研究汽车动力学和路面动力学的传统思路,将汽车和道路一体化考虑研究其非线性动力学行为。

  乍一听到这个想法,团队成员心中也有疑问,“汽车是多刚体,道路是弹性体,关于刚柔相互作用非线性系统,国内外参考文献不多,这样的思路能走得通吗?”

  建模、分析、控制……等待杨绍普的,是一道道非线性动力学领域的国际前沿难题。

  “非线性运动看似捉摸不定,其实内含规律,我们要做的就是在千丝万缕的联系中抓住它。”杨绍普带领团队,一遍遍进行数据计算,最终建立了三维车辆—道路相互作用动力学模型,提出了车辆悬挂阻尼器非线性建模方法和高维刚柔相互作用系统振动分析方法,揭示了车路刚柔相互作用系统模态截断收敛的机理,获得了一批原创性成果。

  在崇尚“技术”和“实用”的当下,敢于挖深井、愿下慢功夫,从最基础的理论研究做起,是杨绍普的坚持。

  “技术创新不是凭空产生的,源头和根基就是基础研究所产出的新知识、新原理。在杨老师这,十年二十年磨一剑是常有的事。”石家庄铁道大学教授李韶华说。

  从基础研究,到技术发明,再到工程应用,杨绍普团队每一项创新都有一整套完整的理论体系做支撑。

  潜心基础研究的杨绍普,并非“两耳不闻窗外事”。他提倡理论联系实际,用科学成果解决实际工程应用中的难题。

  2008年,团队将研究成果应用于高速公路监测,在大广高速构建了一条试验段。

  “我们要跟着路面施工,同时埋入传感器。”杨绍普一有时间就往工地跑,路段施工了一年,他们跟着埋了一年。

  随着路面施工的动态推进,研究人员检查时,发现有部分传感器出现偏移。杨绍普露出了少有的严厉神色,“偏出预设线路的必须精确定位、记录好信息,这关系到工程数据和研究结论,绝不能有半点疏忽。”

  最终,传感器的存活率达到85%以上,为后期数据分析打好了基础。

  包括大广、太行山及冬奥会延崇高速等在内,杨绍普团队的科研成果正在应用于多条高速公路的结构设计,提升了道路的主动安全性。

  2017年,“高速运动刚柔相互作用系统非线性建模与振动分析”项目斩获国家自然科学奖二等奖,成为河北省主持项目在基础研究领域取得的又一重大突破。

  推出“优青计划”,培养年轻学术带头人

  “40岁,年龄段卡的太严了!”

  “政策好是好,可这‘得罪人’的事推得开吗?”

  ……

  2014年3月,石家庄铁道大学里展开了一场争论,起因是杨绍普向校党委提出的一份关于实施“优秀青年科研拔尖人才计划” 的建议。

  “人才是发展的根本。”分管科研和学科建设工作十多年,杨绍普对人才成长规律有着深刻认识。他惜才爱才,手把手带起了一大批青年骨干。

  学校的科研团队日益壮大,可关于青年带头人问题的思虑,仍时时压在杨绍普心头,“我们现在有一批学术带头人,但十年之后靠什么立足?”

  与其舍近求远,把眼睛盯着海归人才或是国家“211”“985”的精英,不如踏踏实实把自己的优秀青年教师培养起来,充实学术梯队中坚力量。

  他在建议中提出,“主持过国家级项目、4篇SCI收录的论文、40岁以下”,只要符合这些条件,不用评审直接纳入计划,学校给20万元科研启动经费。

  一时间,支持者、质疑者、反对者……各种声音不绝于耳。

  杨绍普顶住压力:“门槛高低大家可以民主讨论,但是选拔方式必须变一变。”

  最终校党委讨论决定,同意投入千万元启动“优青计划”,并且“全力支持、尽快实施”。从酝酿讨论到征求意见,再到“优青计划”最后实施,仅用了一个月。

  自此,铁道大学开辟了一条摒弃“人为因素”、靠“硬杠杠”选拔培养青年人才的新路子。

  20万元经费,意味着什么?

  “起步的第一个台阶。”

  杨绍普说,“30来岁的科研苗子,申请国家和省里的基金不容易。20万元经费可能成就一个全新的研究课题,这些苗子可能成长为未来的学术带头人,甚至是知名专家。”

  激励效应持续发酵。“优青计划”实施以来,共资助6批83人,学校新增国家级项目21项,省部级以上项目55项,发表SCI 、EI论文345篇……

  “有一个数据更有说服力。83名‘优青’,承担了全校75%的国家级项目。”杨绍普露出笑容,眉头的一道道皱纹,慢慢舒展开来。(记者刘荣荣)

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