助力三峡水轮机叶片国产化,他是清华优秀毕业

助力三峡水轮机叶片国产化,他是清华优秀毕业

时间:2020-02-12 09:56 作者:admin 点击:
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1月10日,“长江三峡枢纽工程”获得2019年度国家科学技术进步奖特等奖。

三峡工程的成功,凝聚着无数建设者的心血与汗水,我国 铸造及材料工程专家,中国工程院院士柳百成 便是其中之一。

柳百成

助力三峡水轮机叶片国产化

三峡工程前期使用的关键铸锻件都是从国外进口的,价格昂贵。后期工程中,柳百成联合了一重集团、二重集团及沈阳铸造研究所向长江三峡办公室呼吁,在国内自发研制不锈钢叶片。

428吨重三峡水轮机叶轮

由于研制需要投入一笔相当大的经费,三峡办公室批给了他们制造两片叶片的经费。一片由一重集团采用国外软件研制,另一片由二重集团采用柳百成团队研发的清华“铸造之星”研制。

2001年,二重集团试制的长江三峡水轮机叶片浇铸成功,并通过了鉴定会鉴定。新华社为此发了报道: “这一成果表明中国民族工业已经打破了国外公司垄断该种叶片关键制造技术的格局。 ”

“铸造之星”是国内第一个在WINDOWS操作系统下运行的三维模拟仿真商品化软件,已先后被国内几十个单位应用。试制成功后,进口不锈钢叶片的价格降到了原先的三分之一。

勤学苦练,立志科学报国

1933年2月11日,柳百成出生于上海。

1941年,柳家四兄弟合影(左起:柳小培,柳百敏,柳百成,柳百新)

1951年,柳百成考入清华大学机械工程系。

清华的学习气氛十分浓厚,每逢周末图书馆的座位比较紧张时,柳百成都会早早地拿着书本到图书馆排队。下午学校组织进行体育锻炼,图书馆五点闭馆,晚上七点再开馆,他总是六点半就去排队抢占位置。

1953年清华大学铸55班在鞍钢实习(前排左四为柳百成)

柳百成畅游在知识的海洋里,每次写信,他都把对清华的热爱传递给家人。受其影响,弟弟柳百新高中毕业时也考进了清华大学,学习工程物理专业。1999年,柳百成当选中国工程院院士,2001年柳百新当选中国科学院院士。

1955年,柳百成因优异的成绩获得了清华优秀毕业生金质奖章。毕业后,他留校任助教。

1954年柳百成在清华大学图书馆

学术人生的转折点:赴美留学

1978年12月,45岁的柳百成连过三关,通过考试得到了赴美学习的机会。这是文革结束后,我国组织的第一批赴美学习队伍,柳百成是总领队。

1978年12月第一批赴美访问学者在人民大会堂与方毅、周培源等同志合影(前排左四为柳百成)

1979年1月1日,作为中美建交的历史见证者,他亲眼见证了中国国旗第一次在驻美大使馆升起。

中国驻美国大使馆正式挂牌后柳百成(左一)在大使馆前

柳百成选择到威斯康星大学深造,因为威斯康星大学在铸造工程学方面的实力最强。

初到威斯康星大学,柳百成见到了一批国内没有的、全新的现代材料测试仪器,如电子探针、俄歇谱仪等。利用这批先进的仪器,他对球墨铸铁形貌及形成机理进行了深入的分析研究。

球墨铸铁是二战后发展起来的一项新材料技术,加些许球化剂,铸铁的性能就能成倍地提高,因而被称作材料领域的一项“革命性突破”。

柳百成在电子探针实验室做实验

通过实验,他揭示了铸铁中各种石墨形态的结构、生长特征及其内在联系,并科学地进行分类、命名。他还研究了合金元素及微量元素在铸铁中的分布及其在凝固时的行为。

回国后,柳百成负责制订了中国球墨铸铁国家标准及蠕墨铸铁金相目标准。他在这一领域的研究先后获得1981 年美国铸造学会优秀论文奖及1982 年机械工业部二等奖。

1984年柳百成代表中国赴法国巴黎参加球墨铸铁国际标准会议

在著名的美国铸造学会会刊上,他连续发表了9篇有关论文,其中4篇全文、8篇摘要被译成德文转载,并被大量引用。

将计算机数值模拟引入传统铸造业

以往的铸造经验是“睁着眼睛造,闭着眼睛浇”,能够看到的只是砂型和砂芯,合箱后对浇注成铸件的过程全靠经验判断。如果浇注失败,就只能改工艺再试浇,有时需要反复修改多次才能成功,不仅需要大量研发时间,还需要消耗材料和生产费用。

在数十年的学习、工作中,柳百成兢兢业业围绕这个问题进行探索研究,直到留学归来,他将计算机数值模拟引入铸造行业,才为解决这一难题开辟了道路。

在美学习期间,柳百成敏锐地觉察到,计算机技术、信息技术将会给人类社会带来翻天覆地的变化,于是他选修了计算机相关课程。

白天,柳百成旁听计算机语言课,晚上在计算中心练习编程,常常从早上八点钟一直忙到凌晨三四点钟才回家。

1979年柳百成在林肯纪念堂前留影

回国后,柳百成在我国率先开辟了传统铸造工艺和信息技术相结合的新研究领域——铸造及凝固过程宏观与微观模拟仿真技术。

模拟仿真技术相当于在铸造过程中开了“另一只眼” ,钢液的流动、结晶、凝固等过程都可以在计算机屏幕上直观地看到,它使工艺完全从经验上升为理论。

2002年,马鞍山钢铁公司从德国引进全套连铸连轧装备生产线,却因外汇紧缺,需要自制18个轧钢机架铸钢件才能使装备正常运作。

时间紧迫,马钢公司采用了“铸造之星”模拟软件,对重118吨特大型机架铸钢件工艺进行模拟及优化,直接一次浇注成功。总共18 个机架铸钢件仅仅花了 10 个月便全部完成,不仅大大节省了生产费用,而且为马钢公司赢得了宝贵时间。

“铸造之星”是柳百成团队开发的众多软件中最著名的一个。 他还主持及参与了多项国家973计划、国家自然科学重大基金及重点基金等项目,取得一批创新研究成果。

柳百成(右二)2015年获得“中国铸造终身成就奖”

2011年,柳百成获中国机械工程学会颁发的第一届“中国铸造杰出贡献奖”。2015年,他又获得了“中国铸造终身成就奖”,成为了我国第一位集两个奖项于一身的科学家。

“中国铸造终身成就奖”的颁奖词写道:“您是一位领军人,潜心铸造六十余载,奋战在科研和教育的最前沿,硕果累累、桃李芳菲!您以独到的创新思维,将传统铸造技术与当代科技相结合,实现着铸造技术理论的跨越式发展!您用卓越的贡献助推着中国铸造产业迈向高端!您是一缕阳光,温暖着铸造强国之路上的前行者!您是一座灯塔,引领着我们在铸造的海洋中扬帆远航!”

近年来,柳百成进一步把学术型研究扩展为战略型研究,积极参与“制造强国战略研究”、“工业强基战略研究”等咨询项目。他受聘为“国家制造强国建设战略咨询委员会”委员,在制定和实施《中国制造2025》中,作出了重要贡献。

耄耋之年,柳百成依旧坚守在教学科研的第一线,继续散发着自己的光和热。

柳百成

(1933.02-)

铸造及材料工程专家

中国工程院院士

参考文献:

1. 《铸造人生——柳百成传》,老科学家学术成长资料采集工程研究报告

2. 《柳百成:桃李满天下 奋力铸强国》,中国科学报

3. 《“第一学长”柳百成》张晔 夏锡远,《留学生》杂志

4. 《柳百成、柳百新:清华园里唯一的兄弟院士》,清华校友总会

5. 本文图片来源于老科学家学术成长资料采集工程,由柳百成提供