助力三峽水輪機葉片國產化,他是清華優秀畢業生金質獎章獲得者

1月10日,"長江三峽樞紐工程"獲得2019年度國家科學技術進步獎特等獎。

三峽工程的成功,凝聚著無數建設者的心血與汗水,我國鑄造及材料工程專家,中國工程院院士柳百成便是其中之一。

助力三峽水輪機葉片國產化,他是清華優秀畢業生金質獎章獲得者

柳百成


助力三峽水輪機葉片國產化

三峽工程前期使用的關鍵鑄鍛件都是從國外進口的,價格昂貴。後期工程中,柳百成聯合了一重集團、二重集團及瀋陽鑄造研究所向長江三峽辦公室呼籲,在國內自發研製不鏽鋼葉片。

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428噸重三峽水輪機葉輪

由於研製需要投入一筆相當大的經費,三峽辦公室批給了他們製造兩片葉片的經費。一片由一重集團採用國外軟件研製,另一片由二重集團採用柳百成團隊研發的清華"鑄造之星"研製。

2001年,二重集團試製的長江三峽水輪機葉片澆鑄成功,並通過了鑑定會鑑定。新華社為此發了報道:"這一成果表明中國民族工業已經打破了國外公司壟斷該種葉片關鍵製造技術的格局。"

"鑄造之星"是國內第一個在WINDOWS操作系統下運行的三維模擬仿真商品化軟件,已先後被國內幾十個單位應用。試製成功後,進口不鏽鋼葉片的價格降到了原先的三分之一。


勤學苦練,立志科學報國


1933年2月11日,柳百成出生於上海。

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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,柳百成考入清華大學機械工程系。


清華的學習氣氛十分濃厚,每逢週末圖書館的座位比較緊張時,柳百成都會早早地拿著書本到圖書館排隊。下午學校組織進行體育鍛煉,圖書館五點閉館,晚上七點再開館,他總是六點半就去排隊搶佔位置。

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1953年清華大學鑄55班在鞍鋼實習(前排左四為柳百成)


柳百成暢遊在知識的海洋裡,每次寫信,他都把對清華的熱愛傳遞給家人。受其影響,弟弟柳百新高中畢業時也考進了清華大學,學習工程物理專業。1999年,柳百成當選中國工程院院士,2001年柳百新當選中國科學院院士。

1955年,柳百成因優異的成績獲得了清華優秀畢業生金質獎章。畢業後,他留校任助教。

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1954年柳百成在清華大學圖書館


學術人生的轉折點:赴美留學


1978年12月,45歲的柳百成連過三關,通過考試得到了赴美學習的機會。這是文革結束後,我國組織的第一批赴美學習隊伍,柳百成是總領隊。

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1978年12月第一批赴美訪問學者在人民大會堂與方毅、周培源等同志合影(前排左四為柳百成)


1979年1月1日,作為中美建交的歷史見證者,他親眼見證了中國國旗第一次在駐美大使館升起。

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中國駐美國大使館正式掛牌後柳百成(左一)在大使館前

柳百成選擇到威斯康星大學深造,因為威斯康星大學在鑄造工程學方面的實力最強。

初到威斯康星大學,柳百成見到了一批國內沒有的、全新的現代材料測試儀器,如電子探針、俄歇譜儀等。利用這批先進的儀器,他對球墨鑄鐵形貌及形成機理進行了深入的分析研究。

球墨鑄鐵是二戰後發展起來的一項新材料技術,加些許球化劑,鑄鐵的性能就能成倍地提高,因而被稱作材料領域的一項"革命性突破"。

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柳百成在電子探針實驗室做實驗


通過實驗,他揭示了鑄鐵中各種石墨形態的結構、生長特徵及其內在聯繫,併科學地進行分類、命名。他還研究了合金元素及微量元素在鑄鐵中的分佈及其在凝固時的行為。

回國後,柳百成負責制訂了中國球墨鑄鐵國家標準及蠕墨鑄鐵金項目標準。他在這一領域的研究先後獲得1981 年美國鑄造學會優秀論文獎及1982 年機械工業部二等獎。

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1984年柳百成代表中國赴法國巴黎參加球墨鑄鐵國際標準會議


在著名的美國鑄造學會會刊上,他連續發表了9篇有關論文,其中4篇全文、8篇摘要被譯成德文轉載,並被大量引用。


將計算機數值模擬引入傳統鑄造業

以往的鑄造經驗是"睜著眼睛造,閉著眼睛澆",能夠看到的只是砂型和砂芯,合箱後對澆注成鑄件的過程全靠經驗判斷。如果澆注失敗,就只能改工藝再試澆,有時需要反覆修改多次才能成功,不僅需要大量研發時間,還需要消耗材料和生產費用。

在數十年的學習、工作中,柳百成兢兢業業圍繞這個問題進行探索研究,直到留學歸來,他將計算機數值模擬引入鑄造行業,才為解決這一難題開闢了道路。

在美學習期間,柳百成敏銳地覺察到,計算機技術、信息技術將會給人類社會帶來翻天覆地的變化,於是他選修了計算機相關課程。

白天,柳百成旁聽計算機語言課,晚上在計算中心練習編程,常常從早上八點鐘一直忙到凌晨三四點鐘才回家。

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1979年柳百成在林肯紀念堂前留影


回國後,柳百成在我國率先開闢了傳統鑄造工藝和信息技術相結合的新研究領域——鑄造及凝固過程宏觀與微觀模擬仿真技術。

模擬仿真技術相當於在鑄造過程中開了"另一隻眼",鋼液的流動、結晶、凝固等過程都可以在計算機屏幕上直觀地看到,它使工藝完全從經驗上升為理論。

2002年,馬鞍山鋼鐵公司從德國引進全套連鑄連軋裝備生產線,卻因外匯緊缺,需要自制18個軋鋼機架鑄鋼件才能使裝備正常運作。

時間緊迫,馬鋼公司採用了"鑄造之星"模擬軟件,對重118噸特大型機架鑄鋼件工藝進行模擬及優化,直接一次澆注成功。總共18 個機架鑄鋼件僅僅花了 10 個月便全部完成,不僅大大節省了生產費用,而且為馬鋼公司贏得了寶貴時間。

"鑄造之星"是柳百成團隊開發的眾多軟件中最著名的一個。他還主持及參與了多項國家973計劃、國家自然科學重大基金及重點基金等項目,取得一批創新研究成果。

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柳百成(右二)2015年獲得"中國鑄造終身成就獎"


2011年,柳百成獲中國機械工程學會頒發的第一屆"中國鑄造傑出貢獻獎"。2015年,他又獲得了"中國鑄造終身成就獎",成為了我國第一位集兩個獎項於一身的科學家。

"中國鑄造終身成就獎"的頒獎詞寫道:"您是一位領軍人,潛心鑄造六十餘載,奮戰在科研和教育的最前沿,碩果累累、桃李芳菲!您以獨到的創新思維,將傳統鑄造技術與當代科技相結合,實現著鑄造技術理論的跨越式發展!您用卓越的貢獻助推著中國鑄造產業邁向高端!您是一縷陽光,溫暖著鑄造強國之路上的前行者!您是一座燈塔,引領著我們在鑄造的海洋中揚帆遠航!"

近年來,柳百成進一步把學術型研究擴展為戰略型研究,積極參與"製造強國戰略研究"、"工業強基戰略研究"等諮詢項目。他受聘為"國家制造強國建設戰略諮詢委員會"委員,在制定和實施《中國製造2025》中,作出了重要貢獻。

耄耋之年,柳百成依舊堅守在教學科研的第一線,繼續散發著自己的光和熱。


柳百成

(1933.02-)

鑄造及材料工程專家

中國工程院院士


參考文獻:

1. 《鑄造人生——柳百成傳》,老科學家學術成長資料採集工程研究報告

2. 《柳百成:桃李滿天下 奮力鑄強國》,中國科學報

3. 《"第一學長"柳百成》張曄 夏錫遠,《留學生》雜誌

4. 《柳百成、柳百新:清華園裡唯一的兄弟院士》,清華校友總會

5. 本文圖片來源於老科學家學術成長資料採集工程,全部由柳百成提供


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