2021年6月17日8：30，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，成功进行。本期访谈的嘉宾是河北工业大学胡宁教授。
访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：您已有的研究中提到导波混合技术和混合频率峰值计数方法相结合检测复合材料层合板冲击损伤的可行性，那么，在您看来未来损伤检测的趋势应该走向何方呢?
答：检测的方法有很多种，包括电磁涡流、磁粉探伤、热成像、红外以及超声波技术等等，各有优缺点，没有一种放之四海而皆准的方法，每种都有它特定的适用对象。比如电磁涡流技术它具有较好的穿透能力并对微小的损伤很敏感，但仅限于金属等导体材料，在复合材料领域应用存在局限性。就目前我们课题组所做的超声技术研究来讲，工业界广泛采用的是基于体波的线性超声技术，由于其理论基础和硬件制备的原因，在检测过程中对频率和波长有一定的限制（不可能无限制地提高频率和缩短波长），故而只能对毫米级的微裂纹、孔洞等损伤有很好的效果，对微米级损伤或者材料刚刚进入塑性出现的材料非线性检测基本不再适用，因此对早期材料损伤及材料非线性的检测是未来的发展的一个趋势。其次，非接触的检测技术也非常具有前景，包括多普勒效应激光测振仪、激光超声、拉曼光谱等，采用非接触的测量技术在工业上应用能够大幅提高检测效率并适用于一些特殊场景（如旋转部件），这也是值得进一步探讨研究的重要领域。此外，从实验中或者基于各种理论能够推断出来的损伤形貌和大小的精确度都受到有效实验数据的数量及理论假设的限制。将来，在实验数据不全或者基于基础理论推断不准确的情况下，通过深度学习、人工智能大数据等途径将有价值的信息利用起来，并结合计算机强大的分析能力，完成对损伤更加精确的检测十分重要，因此，损伤检测技术如何与人工智能大数据相结合对损伤形貌进行一个更加精确的判断，这也是未来一大发展趋势。
问：您以往的研究中考虑一种基于碳纤维，硅树脂等复合材料的超级柔软但结实的电子皮肤，能模仿人类皮肤的触觉和机械行为。这与我们日常的仿生材料有何不同呢？
答：这种传感材料主要有电子导体、离子导体两大类。我们课题组对电子导体材料的研究开展较早，基于我们所研究的材料体系来讲，其原理就是在绝缘的高分子材料中添加碳纤维或者金属丝之类的导体，形成导电网络，当材料发生变形时导电网络的导电特性会发生变化，根据这种变化就可以测量它整体的电阻变化进而反推材料受到的应变或变形。我们所做的人造皮肤主要涉及离子导体，简单来说就是在水凝胶里面添加盐（金属盐）从而形成离子导体。当材料某个局部受到外力作用变形时，它周围的离子浓度会发生变化，导电性能也随着改变。通过测量这种变化，我们就可以知道材料受到外加的应变。水凝胶这种材料其本身的稳定性不是很好，通常可以添加纳米材料从而使水凝胶在不同恶劣环境下的力学性能更加稳定、同时还能够实现抵抗紫外线、感知温度/压力等功能。基于离子导体的人造皮肤，研究测量的对象还是材料能感受到的整体的信息，对于实现具体某一点的局部测量，要实现类似于触摸屏一样的功能，具有皮肤一样的局部感知能力还需要做更多工作。其次，真正的皮肤更加精细化，能感受物体表面切向力、粗糙度、温度、湿度等，人造皮肤要实现这些功能也是需要进一步研究的。
问：为了简化对信号的接收和解释，通常希望激发单模导波，而纯LAMB波模式的生成是非常困难的，请问您是如何克服LAMB波的频散特性，获得准纯LAMB波的?
答：LAMB波是多模态的，随着频率的升高模态的数量越多。这时候对于波的激发和波信号检测方面都是很困难的，我们课题组主要集中在低频方面。低频方面只有对称的模态和反对称的模态两个模态，模态数量的大大降低能够使波的激发更加容易。同时，在板材上下相同位置贴上两个压电片，如果这两个压电片电压的相位是相同的话就会激发模态，如果压电片相位正好相差90度也就是一个拉伸一个压缩就会产生一个弯曲变形从而激发模态。但是由于压电片贴的位置或者加载的电压信号的幅值不是完全精确相等，这些都会导致同时激发两个模态并相互混合。这时，我们可以在接收端贴两个压电片，通过两个压电片信号的和与差就可以将两个模态分别提取出来。目前，我们课题组将斜劈式探头直接放在材料表面，采用调整入射角度的方式来激发不同模态和模态，这种方法也不是完美的，激发出的模态也是占比不同的两种混合模态，但同样可以利用上述方法将两种模态提取出来。
问：在实际结构中，构件形式多种多样，厚板和薄板中的LAMB波有何不同？在壳体或管状结构中的LAMB波与平板中的LAMB波有何不同？
答：从LAMB产生的条件来讲，如果板材特别厚，那么在这种情况下产生的可能就不是LAMB波，而是表面波，甚至有可能是体波。从理论上讲，这跟波的频率有关，波的频率越高，波长就越短。那么何时产生LAMB波这主要取决于板材的厚度及波长的关系，波长如果和板材的厚度是同一个数量级这时我们都认为它产生的是LAMB波。壳体和平板对LAMB波的产生具有不同的影响，波的模态和数量都是不一样的。平板表面条件下会产生SH波，这是一种纯粹的面内剪切的形式，但最主要的还是S波，波传播过程中粒子的振动方向与波的传递方向是相平行的，另外还有A波。壳表面的情况下话会产生S波沿着壳轴线方向发生轴向变形，还有A波弯曲波，相比板材还有扭转波的产生。
问：对很多同学来说，如何找到自己的科研方向、进行科研是很重要的，胡教授能否结合自身的经历给我们提点建议呢？
答：首先这与个人的学科领域有很大的关系，对于我们从事工程学科的人来讲，在选题方面与纯粹的理科有很大的不一样。工程学科方面绝大多数的老师都是从事应用基础研究，也有一部分从事的是应用研究。我个人从事的主要是应用基础研究，就是有一部分基础研究，也具有明显的工程应用价值，这个工程应用的价值是指在未来10年或者20年以后能够实现的技术，当然这取决于某种技术发展的速度。根据我个人的知识背景和经验积累，在选题的时候应该选在未来10年或者20年会广泛应用或者有希望应用的技术领域。如果太偏基础或研究内容过于陈旧，未来缺少应用的前景，那样也没太大的意义。如果选的题目现在已经广泛运用了或者说其基本原理和基础科学问题都已经搞懂了，这时候研究的主力军应该是研究院所或公司而不是高校，也不应该是博士生的选题范围。所以说应该选那些基础科学问题还未搞懂，原理或者机理尚未完全揭示，且未来大有应用价值的课题，但具体选什么课题跟个人的知识背景和经验，前期的积累也有关联。
撰稿人：李翔
校对：宋广凯
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