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

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。