雷正保

雷正保，男，于湖南武冈人，1964年12月出生，汉族，无党派人士，工学博士、博士后出站、教授、博导，为我校第一个一级学科博士点、第一个一级学科博士后科研流动站、第一个省部级以上工程研究中心、第一个教育部重点实验室的获得，作出了重要贡献。领衔的湖南省重点学科“载运工具运用工程”成功获得博士学位授予权。主持建设的“汽车/护栏碰撞实验室”，是目前世界第二大的电力牵引碰撞实验室，也是我国南方唯一既能做汽车碰撞试验，又能做护栏碰撞试验的大型实验室。创立的“湖南永通创新基金”，为我校汽车与机械工程学院青年学子带来连续5年、每年10万元的创新经费，探索出了一条“企、学、媒”联合培养大学生科技创新能力的新路子。 因工作成绩显著，曾多次得到党和政府的表彰与奖励： 入选2007新世纪百千万人才工程国家级人选； 入选2006交通部新世纪十百千人才工程第一层次人选； 2005年享受国务院政府特殊津贴； 2005年获国家科技进步二等奖1次； 2005年入选湖南省普通高校重点学科带头人培养对象； 2004年获共青团湖南省委、省科技厅、人事厅等部门联合颁发的“第三届湖南青年科技创新杰出奖”（湖南省十大杰出青年）； 2004年10月入选“湖南省新世纪121人才工程”； 2003年获国家科技进步一等奖1次； 2003年获湖南省委组织部、省人事厅、省科协等部门联合颁发的“第四届湖南省青年科技奖”； 2003年获湖南省科技进步三等奖1次； 2003年1篇论文获《机械工程学报》创刊50周年最有影响的50篇优秀论文奖； 2002年获教育部科技进步一等奖1次； 2002年获全国优秀学术成果一等奖； 2001年被交通部授予“全国交通系统优秀科技工作者”荣誉称号。 雷正保同志发挥曾在企业工作过多年，博士毕业后又在企业博士后工作站工作过3年的工作优势，与相关企业建立了良好的合作关系，并兼任国家质检总局技术专家、香港品质保证局技术专家、湖南省重点学科“载运工具运用工程”带头人、《振动与冲击》第六届编委、《长沙理工大学学报（自然科学版）》编委、美国MSC.SOFTWARE公司技术支持中心（西南）主任，美国ANSYS公司中国区技术顾问、中国机械工程学会会员、长沙仲裁委员会仲裁员、湖南省应用力学学会理事、湖南省汽车行业协会理事、湖南省工商业联合会理事、湖南省汽车商会理事等职。主持承担了我校第一个国家863计划项目，主持其他科研项目一批，可支配科研经费500多万元。研究成果在上汽通用五菱汽车股份有限公司，参与解决新产品N1的碰撞安全性设计及老产品X477的碰撞安全性改进；解决N1的覆盖件冲压工艺分析问题，实现N1覆盖件模具的自主设计制造；相关产品为企业新增利税累计30亿多元，近3年每年利税6～11亿元。 已发表论文50余篇、出版专著5部、获发明专利3项、实用新型专利8项。 一、建立并完善了“汽车碰撞吸能结构设计的理论与方法”基本体系 国内第一部汽车碰撞安全性结构设计领域的专著、长沙理工大学学术专著出版基金及上汽通用五菱汽车股份有限公司联合资助出版、独著的《汽车纵向碰撞控制结构设计的理论与方法》。 1主要内容 提出了汽车本身应具备的理想力学特性及汽车纵向碰撞控制结构设计的基本准则；研究了纯阻尼式控制结构用于汽车纵向碰撞控制时设计参数的确定方法及与弹簧—阻尼式控制结构的运动学/动力学规律相适应的最优力学特性，并提出了求解加权最优力学特性的等效特性的振动学模型；提出了复杂结构动态响应分析的相似准则；提出了大位移、大转动、大变形、大应变、弹塑性相似结构动力响应显式有限元分析结果的外推方法及其精度特性；提出了汽车纵向碰撞预变形控制结构设计方法；研究了纵向碰撞横向吸能结构设计思想在汽车纵向碰撞控制结构设计中应用的可能性；研究了汽车纵向碰撞控制结构的力学特性对车内人体冲击响应的影响。 2具有重大创新的技术特征 l针对弹簧—阻尼式碰撞控制结构，提出加权最优力学特性设计方法，建立了相应的等效模型。 l基于相似定理，运用量纲矩阵法，确定了大位移、大转动、大变形、大应变相似结构的相似准则，并在此基础上，提出大位移、大转动、大变形、大应变相似结构动力响应的外推方法，为汽车纵向碰撞控制结构的相似设计和模型试验研究提供了一种新方法。 l提出预变形碰撞控制结构设计新方法，可使这类结构在实际碰撞过程中具有比较平稳的力—变形特性，汽车碰撞过程中司乘人员的动态响应分析表明，预变形纵向碰撞控制结构与传统结构相比，能有效地减少汽车纵向碰撞过程中车内司乘人员的被冲击程度。 l横向受压加撑圆管组合结构具有理想的大变形力学特性，可作为汽车纵向碰撞控制结构使用。 二、形成了一套直接面向重大工程应用的“汽车覆盖件冲压成形CAE技术” 上汽通用五菱汽车股份有限公司资助出版、独著《汽车覆盖件冲压成形CAE技术》。 1主要内容 包括十二个部分的研究：1）模具间隙、2）坯料初始形状、3）接触界面摩擦状态、4）壳单元公式、5）材料模型、6）拉延筋组合建模方法及拉延筋模拟 方式、7）模具网格密度、8）压边力、9）坯料是否采用网格自适应技术、10）采用自适应技术时网格初始形状等对冲压过程影响的研究，以及复杂形状坯料的裁剪网格生成方法研究；11）冲压与回弹分析重要参数的选择研究；12）重大工程应用研究。 2具有重大创新的技术特征 l提出确定模具间隙最优值的灵敏度分析方法，获得典型复杂冲压件的最优模具间隙值即坯料厚度的15％； l提出拉延筋组合建模方法，并从工业试验的角度，确定了力函数能够正确模拟冲压过程中拉延筋作用的情况，得出了力函数误差大，不适合用于大型复杂冲压件CAE分析的重要结论； l得出模具上单元尺寸的大小并不参与确定由Courant稳定性条件决定的临界时间步长，不必刻意去追求某种特别的形状的重要结论，提出模具网格密度应与坯料网格密度相适应的新观点； l提出坯料初始网格的裁剪生成方法； l提出冲压与回弹分析中重要参数的选择原则与方法、裁剪先后顺序的确定方法等； l得出对复杂冲压件，传统的所谓贴模性不利于成形的新结论； l本成果解决了生产实际中存在的重大技术难题，产生了较大的社会效益和经济效益。 三、结构耐撞性的探索性研究 国防科技大学高水平学术专著出版基金资助出版、第1作者合著专著《大变形结构的耐撞性》。 1主要内容 包括七个方面的内容：1）高度自适应半刚性护栏的设计条件；2）普通半刚性护栏的耐撞性分析方法；3）基于正交试验设计方法的普通半刚性护栏的耐撞性优化设计；4）高度自适应半刚性护栏的自适应技术与最优自适应结构尺寸；5）高度自适应半刚性护栏的耐撞性特性及其与普通半刚性护栏同类特性的对比；6）复杂结构的大变形耐撞性；7）汽车碰撞能量吸收装置与护栏碰撞能力吸收装置的最新研究进展与发展展望等内容。除系统论述大变形结构耐撞性分析的理论基础外，重点论述了作者在大变形结构耐撞性研究领域取得的几项突破性成果及最新发明，同时，突出了典型工程实际问题的解决方案与工程应用针对性。 2具有重大创新的技术特征 l提出新的运输形势下较合理的护栏的设计条件； l提出护栏耐撞性分析的E-FEM模型及摆锤撞击半刚性桥梁护栏试验的E-FEM方法； l提出基于正交试验设计方法的半刚性护栏耐撞性优化方法； l首创高度自适应半刚性护栏的概念、设计理论与方法； l探索了高度自适应半刚性护栏的碰撞特性； l在国内率先建立“汽车-护栏-乘员-座椅-假人-安全带”三维一体化有限元模型，并成功解决复杂结构的大变形耐撞性分析问题。 四、发明了“智能型汽车碰撞安全系统” 专利“螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置”：03124568.4及“汽车碰撞吸能装置”：200420035150.8。 1主要内容 该系统由伸缩（传动）机构、保险杠、传感器、马达、继电器及溢流阀等构成。在马达驱动下，伸缩机构可轴向伸缩，其伸缩情况与车辆行驶速度有关，车速越高则伸出越长，碰撞发生时，传感器将碰撞信号传送到中央电脑，实现汽车的自动熄火，自动制动等功能，同时，碰撞力直接作用在伸缩机构上并压缩该机构以吸收冲击动能。在伸缩机构被碰撞力压缩的同时，安装在伸缩机构内部的压力传感器立刻将油压压力数据传送到中央电脑，中央电脑根据传送来的碰撞信号和压力信号实现对溢流阀的控制，确保汽车的碰撞力学特性接近理想碰撞曲线。在停车状态，该机构则收缩以降低车身长度。 2、该发明具有重大创新的技术特征 l在吸收汽车碰撞时的冲击动能方面，本发明是靠一种精心构思的特殊结构来吸收的（这种特殊结构用可拆卸方式联结到车身结构上），根本就不通过汽车车身结构的变形来吸收，碰撞中的破坏性变形只发生在这种特殊结构上，而汽车车身不发生破坏性变形，因此，对车身的设计没有特殊的要求，使车身设计更灵活。 l应用本发明，汽车碰撞后，车身不发生破坏性变形，故只需更换掉本发明的这种特殊系统，汽车就会恢复原样，使碰撞后的汽车仍然具有再生能力。 l汽车碰撞时具有的动能与其速度的平方成正比，实际碰撞中汽车的动能会因其速度的不同而有很大的区别，本发明能够根据汽车的行驶速度自动调整其吸能能力，使其吸能能力也与汽车行驶速度的平方成正比，自动满足碰撞过程的吸能要求，确保汽车在任何速度下行驶并发生碰撞事故时，均具有最佳的吸能能力，且均不会因为冲击动能的变化而导致车身结构的破坏。 l不论汽车在什么速度下发生碰撞事故，碰撞过程中，本发明始终具有平稳的力——变形特性，能够确保汽车碰撞过程平稳，使对车内乘员的安全保护水平始终最优。 l本发明可以以汽车配件的形式出现，也可以在整车设计中统筹考虑。 l本发明适合所有类别的汽车，包括特种车辆。 l生产本“智能型汽车碰撞安全系统”，不需特殊设备，投资少。 五、发明了“智能型半刚性护栏” 专利“变高度自适应公路护栏防阻块”：200310110470.5。 1主要内容 本发明的防阻块由钢板弯制而成，其截面形状为“”形。 本发明依靠碰撞过程中防阻块角部塑性变形的形成，将半刚性护拦防阻块由初始状态下的固定结构转变为随后的“双摇杆机构”，在这一转变过程随着车辆对护拦冲击力的变化而自动调整梁板高度的上升量，以求最大限度的降低车辆重心与护拦上撞击点间的高度差从而降低外翻的可能性。期间又伴随着防阻块角部塑性弯曲时所产生的强大缓冲吸能作用，改善了碰撞性能。该实用新型结构简单；经济效益好；安装维修方便；通用性强，可与任何形式的护拦的其他部件（立柱、梁板）配套使用。本发明已被长沙金昌健交通科技发展有限公司看中，且该产品的研制已纳入湖南省交通科技计划项目，得到湖南省交通厅的大力支持。 2、该发明具有重大创新的技术特征 l当重型载货汽车或大客车撞击护栏时，撞击程度将比一般车辆撞击时严重，而且由于汽车的重心较高，更容易出现汽车翻越护栏的情况，此时，“智能型半刚性护栏”就会将护栏梁板自动升高，以阻止汽车翻越护栏； l当一般中小型车辆撞击护栏时，撞击程度属于一般水平，对这种情况，人们已经进行了大量的研究，目前已有的两波或三波护栏已经具备了很好的防护能力，此时，“智能型半刚性护栏”就不升高或升高很少（升高量与撞击程度成正比），其表现出来的性能与普通两波或三波护栏的性能基本一样； l无论撞击程度如何，“智能型半刚性护栏”始终能够确保撞击过程中护栏梁板基本处于铅垂状态，不会因立柱的倾斜而明显改变护栏梁板的受力状态，使护栏梁板始终具有最优的引导车辆返回正确行驶路线的能力； l成本略低于目前最流行的三波型梁钢护栏； l本发明的产业化已纳入湖南省交通科技计划项目，得到省交通厅大力支持。 六、发明了“特危路段高性能防撞护栏” 专利“公路防撞护栏”：200420036217.X。 1主要内容 这是针对山区公路常位于陡崖峭壁上、重要桥梁如跨海桥梁因常要遭受台风袭击而不宜采用迎风面积大的混凝土护栏等的特点专门研制的一种新护栏，不仅考虑了护栏的生根问题，而且考虑了吸能问题，兼具混凝土护栏与半刚性护栏的全部优点，却不具备二者的固有缺陷。减少碰撞力的一种有效方法就是延长碰撞时间。本发明就是通过给护栏增加一套专门的吸能装置，既吸收碰撞能量，又起缓冲作用，达到吸能与延长碰撞时间的双重目的。本发明将护栏的立柱设计成可移动式，即在受到冲击碰撞时可以向后移动一定距离。首先汽车碰撞加强型梁板使其发生变形，并将作用力传递给加强型立柱，并且加强型立柱在F形混凝土基础的导向槽中滑动以产生一个横向位移，带动冲击导杆冲击和剪切吸能套管内部的梯形螺纹，使其发生剪切破坏，从而吸收能量，并达到立柱后退使碰撞得到缓冲的效果，此外，加强型立柱在导向槽中滑动时因摩擦做功也可消耗一定动能。 2、该发明具有的重大创新的技术特征 l采用新型F形混凝土基础，确保基础牢固； l碰撞中立柱基本不变形，不参与吸能； l碰撞中横梁要变形，但横梁的变形不是以吸收能量为目的，而是以引导失控车辆返回正确行驶轨道与方向为主要目的； l碰撞能量的吸收靠一个巧妙设计的机构，该机构不仅吸能，而且具有延长碰撞时间的功能，正是通过该机构具有的平稳的力—变形碰撞特性，确保碰撞过程中乘员的安全，将车辆的减速度控制在最低水平。该机构也是本发明区别与其它护栏的最显著的地方； l该发明特别适合于位于悬崖峭壁上的公路及重要桥梁如跨海桥梁（因风大而必须采用迎风面积小的半刚性护栏）等特危路段。 七、解决了重大工程项目中的关键问题并产生巨大经济效益 成果应用在上汽通用五菱汽车股份有限公司： l参与解决该公司新产品N1的碰撞安全性设计及老产品X477（代号N2）的碰撞安全性改进，使它们成为完全依靠国内技术而满足碰撞法规的国内微型车产品中最早的两个产品，且试验表明：这两个产品的碰撞安全性不仅完全满足碰撞法规要求，而且远优于那些委托国外开发的同类产品的碰撞安全性。 l解决了该公司新产品N1的覆盖件冲压工艺分析问题，为N1覆盖件模具的设计制造立足国内创造了条件，从而改变了该公司准备将N1覆盖件模具设计制造向国际招标的预定计划，为N1的研发周期缩短到18个月——国际汽车产品研发先进水平——奠定了基础。 l成果成功应用使该公司相关产品新增：利税累计30亿多元，近3年每年利税6～11亿元。