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来    源: 经济日报
标    题: 大连理工大学首次将力学研究成果运用到运动装备上——滑雪头盔遇上航天科技
日    期: 2022-02-12
作    者: 苏大鹏
自由式滑雪空中技巧是冬奥会最具观赏性的比赛项目之一,运动员要在空中做出一系列高难
度空翻、转体等动作,稳定落地滑行,才能完成比赛。因动作技术要求极高、动作难度大,运动
员头部保护至关重要。头盔是这项运动的核心装备。
2020 年,大连理工大学“结构强度与轻量化设计”国防科技创新团队,在国家重点研发计划
“科技冬奥”重点专项的支持下启动滑雪头盔研发。2021 年,成功研制出新一代高科技滑雪头盔。
大连理工大学程耿东院士指导、王博教授牵头的科研团队用 10 余年研发出“航天新型轻质
高承载结构及其高效优化设计”技术。这一技术可为航天装备进行有效的轻量化设计,成功运用
在长征五号、长征七号等多型运载火箭上,尤其为我国体积最大的运载火箭长征五号减重 1145
公斤。如何将高校科研优势运用到运动装备中?大连理工大学“结构强度与轻量化设计”国防科
技创新团队经过科研论证,努力寻找航天和运动装备的结合点,并将这一航天科技成果运用到滑
雪头盔研发中。
追求结构轻质的同时兼具高防护性能,正是航天科技和运动护具研发的相通之处。大连理工
大学团队运用长征五号运载火箭外壳设计技术研发的头盔,已通过欧洲滑雪头盔安全标准测试,
重量只有 700 克,在不大幅增加厚度和重量的前提下,防护性能比欧洲标准高出至少 20%。
“头盔外壳和火箭中常见的曲面壁板类似,都要达到四两拨千斤的效果。但不一样的是,头
盔颠覆了火箭在规则圆柱面上直线加筋的设计,需要有异形曲面加筋的新技术突破。”大连理工
大学教授郝鹏说,头盔内外壳大量的曲线加筋,可有效改善头盔受到冲击载荷后的传力路径,使
得头盔抗冲击效率更高,对运动员起到很好的保护作用。
“设计中,每一根曲筋会带来 7 个设计变量,而头盔包含了数十根曲筋,布局中曲筋的宽度、
截面都需要做到极致的优化。我们做了变量凝聚、智能优化设计等算法层面的技术突破,在世界
范围内首次将曲线加筋应用到滑雪头盔的外壳蒙皮上。”郝鹏说。
记者了解到,在头盔材料方面,国防科技创新团队在大量测试后使用碳纤维、玻璃纤维、弹
性体 3 种成分合成的新材料,在维持冲击韧度不变的情况下,能让头盔的刚度提高 4 倍,拉伸强
度提高 3 倍。此外,该团队还系统搜集了中国运动员的头围数据,开展面向亚洲人头型的定制化
设计,提高了中国运动员长时间佩戴的舒适度。
大连理工大学首次将力学研究成果运用到运动装备上。“科技助力奥运等重点国际赛事,是
高校科研团队未来一个非常好的探索方向。”大连理工大学教授李晓杰说。
 
 
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