禹振華余蓉
蘇聯(lián)曾用24年的時(shí)間向地下鉆井12263米(欲打通地球)，史稱“科拉超深井”，但此后這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)被迫停止。是什么原因讓這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)停止?地球究竟是否可能被挖穿?中南大學(xué)土木工程學(xué)院教授丁發(fā)興近日發(fā)布的一項(xiàng)研究理論，或許可以在某種程度上交上一份合理的答卷：地球深處巖石的塑性流動(dòng)導(dǎo)致了鉆頭被包裹，無(wú)法進(jìn)行工作。這項(xiàng)花費(fèi)了丁發(fā)興團(tuán)隊(duì)23年探索而出的原創(chuàng)性成果，不僅有望揭示這個(gè)未解之謎，還對(duì)未來(lái)的工程實(shí)施頗具指導(dǎo)性。
“基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭，是所有技術(shù)問題的總機(jī)關(guān)?！?3年來(lái)，丁發(fā)興帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕工程材料強(qiáng)度理論基礎(chǔ)研究，取得了一系列成果。
2022年5月，丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)在科學(xué)出版社出版專著《工程材料損傷比強(qiáng)度理論》，構(gòu)建了三維應(yīng)力狀態(tài)下巖石和混凝土損傷比強(qiáng)度理論。2022年12月29日，團(tuán)隊(duì)在《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》上發(fā)表研究論文，進(jìn)一步構(gòu)建了平面應(yīng)力狀態(tài)下正交異性金屬損傷比屈服理論，運(yùn)用此理論將繪出多種硬質(zhì)合金的屈服軌跡線，從而進(jìn)一步預(yù)測(cè)其使用壽命。這一理論發(fā)現(xiàn)了材料力學(xué)基本性能的第三個(gè)參數(shù)——高壓條件下脆性材料向塑性轉(zhuǎn)變的基本參數(shù)，揭秘了工程材料破壞的原理，突破了1776年自庫(kù)倫從事砂巖復(fù)雜受力強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究以來(lái)的試驗(yàn)科學(xué)和唯象科學(xué)的視角，解決了200多年來(lái)材料破壞原理認(rèn)識(shí)的這一世界性難題。
據(jù)了解，丁發(fā)興教授創(chuàng)建的損傷比強(qiáng)度理論極具創(chuàng)新性，有望成為繼材料破壞已有的“四大古典強(qiáng)度理論”之后的“第五大強(qiáng)度理論”。該理論在現(xiàn)代建筑、水利、交通、機(jī)械、航空等工程中具有重要應(yīng)用意義。我國(guó)一些山地城市淺層地下空間開發(fā)的項(xiàng)目同樣面臨著重力作用下軟巖產(chǎn)生塑性流動(dòng)問題，使得嵌巖樁基工程的鉆孔成型非常困難。利用此理論，丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了內(nèi)拉筋鋼管混凝土柱抗震技術(shù)，可以有效應(yīng)對(duì)強(qiáng)地震作用和“巨震不倒”的抗震設(shè)計(jì)，使建筑的抗倒塌能力提升30%—40%。
“道固遠(yuǎn)，篤行可至”!丁發(fā)興是浙江瑞安人，從2000年9月自入讀中南大學(xué)研究生開始，就一直沉浸在工程材料強(qiáng)度理論基礎(chǔ)研究。他一直扎根湖湘，成長(zhǎng)為中南大學(xué)比較年輕的博士生導(dǎo)師、教授。“仰之彌高，鉆之彌堅(jiān)”，丁發(fā)興說(shuō)，“我們搞理論基礎(chǔ)研究，要坐得住冷板凳，久久為功，一定要堅(jiān)持信念，即使當(dāng)下不能有效解決問題，也要不斷尋找機(jī)會(huì)，等待突破?！苯虒W(xué)相長(zhǎng)，丁發(fā)興在教書育人方面也取得了很好的成績(jī)：培養(yǎng)博士后1人，博士11人，碩士51人，獲省優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)獎(jiǎng)1次，省優(yōu)秀碩士論文指導(dǎo)獎(jiǎng)2次。
目前，丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)提出的損傷比強(qiáng)度理論，得到了不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可和引用。歐洲科學(xué)院院士、《中國(guó)科學(xué)：物理力學(xué)天文學(xué)》(英文版)編委劉錦茂認(rèn)為，損傷比強(qiáng)度理論從傳統(tǒng)理論中脫穎而出，用來(lái)解釋脆性材料和金屬塑性材料的破壞機(jī)理，與彈性模量和泊松比一樣，損傷比也是材料的固有屬性，有望夯實(shí)對(duì)脆性材料破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)。日本土木工程協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、日本工程院院士上田多門稱，這是“有意義，對(duì)自己研究有幫助”的理論。《美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)材料》雜志副主編以及評(píng)審專家認(rèn)為，該理論“具有創(chuàng)新性和非常重要的意義”。
下一步，丁發(fā)興團(tuán)隊(duì)力求將損傷比強(qiáng)度理論推進(jìn)至橫觀各向同性材料中，為我國(guó)材料強(qiáng)度領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)突破繼續(xù)貢獻(xiàn)自己的力量。