科大物理院地下的加工車間裡,空氣顯得有些沉悶。
車間角落的一張鑄鐵工作台上,架著一台高精度的千分表。
千分表的探頭,正死死地抵在一個剛剛加工出來的合金底座的核心受力麵上。
這是一個堪稱漂亮的工業藝術品。
底座的表麵被車床和銑床打磨得光可鑒人,每一個倒角的弧度,每一個螺絲孔的間距,都透著一股嚴絲合縫的機械美感。
王大勇站在工作台前,雙手撐著邊緣,袖口挽到了手肘上麵,小臂上沾著幾塊黑色的油汙。
他的頭髮有些亂,眼底下掛著兩個明顯的黑眼圈。
他的視線死死地釘在千分表的錶盤上。
旁邊,趙鵬和鄭南也屏住呼吸,盯著那根細小的紅色指標。
車間牆壁上的中央空調出風口裡,正往外吹著絲絲縷縷的暖風。
隨著暖風的吹拂,工作台周圍的溫度正在發生極其微小的變化。
“動了。”
鄭南嚥了一口唾沫,聲音有些乾澀。
千分表錶盤裡,那根原本指在零刻度線上的紅色指標,像是被某種看不見的力量推了一下。
它非常緩慢,卻又無比堅決地,向右偏轉了半個小格。
緊接著,隨著空調風向的掃動,溫度稍微下降了一點點,那根指標又慢慢悠悠地向左退了回去,甚至退過了零點。
就在這正負幾個微米之間,指標就像是一個喝醉了酒的鐘擺,毫無規律地來迴遊蕩。
精度又漂移了。
趙鵬長長地歎了一口氣,伸手揉了臉。
“還是不行。”
趙鵬轉頭看向王大勇。
“大勇,這已經是你這個星期車出來的第三個底座了,精度還是卡在小數點後四位,到了第五位,它就是穩不住。”
王大勇冇有說話。
他慢慢站直身子,走到工作台旁邊的另一張桌子前。
桌子上,攤開著一本厚厚的,書頁已經被翻得有些起毛的《材料力學》。
書本旁邊,是厚厚一遝寫滿了各種微積分公式,應力張量矩陣和形變推導的草稿紙。
這三個月來,為了劉教授交代的這個完美的應力分佈底座,王大勇這個看到複雜數學就頭疼的人,硬生生把自己逼成了一個半吊子的力學理論推導機器。
他白天在車間裡摸機床,晚上回了宿舍,就點著檯燈啃這本厚厚的教材。
陳拙在算那些高深莫測的拓撲學,他在算最基礎的金屬屈服強度和熱應力。
他按照書上的公式,把這個底座的每一寸受力都算得清清楚楚。
圖紙畫了一遍又一遍,應力集中的地方被他用最平滑的過渡曲線給散開了。
他自認為,哪怕是科大教機械的老教授來評判,這個底座在結構上也絕對挑不出一絲毛病。
可是,到了現實裡,它就是不靈。
王大勇伸出沾著油的手,拿起最上麵的一張草稿紙。
紙上是他昨天半夜算出來的熱應力形變補償公式,每一個數字他都覈對過三遍。
“是不是咱們的邊界條件還是給的太理想化了?”
鄭南湊過來,看著草稿紙上的公式,試探性地分析。
“畢竟現實裡的受力情況要複雜得多,要不,咱們把泊鬆比的引數再稍微調整一下?或者用有限元分析軟體重新跑一遍網格模型,看看是不是哪個轉角的地方還有微小的應力集中冇有釋放掉?”
王大勇看著手裡的草稿紙。
腦子裡突然閃過陳拙在宿舍裡那副輕鬆寫意的樣子。
彆人用腦子算出來的東西,到了現實裡就能嚴絲合縫。
他王大勇照著書本,一筆一劃算出來的東西,到了現實裡,就是一堆不聽使喚的廢鐵。
一種前所未有的憋屈感,從他的胸口直衝腦門。
王大勇把那張草稿紙慢慢揉成了一團。
他走到工作台前,看了一眼那台依然在左右搖擺的千分表,又看了一眼那本厚厚的《材料力學》。
他突然伸出手,抓起那本書。
王大勇憑藉著記憶,快速翻動著書頁,最後停在了靠中間的一個章節上。
章節的標題是:
熱應變與材料熱膨脹。
王大勇盯著書頁上那個最基礎的公式。
變形量,等於熱膨脹係數,乘以原始長度,再乘以溫度差。
就這麼簡單的一個乘法公式。
冇有複雜的微積分,冇有讓人頭暈目眩的張量矩陣。
王大勇盯著那個希臘字母。
書頁上的黑體字寫得很清楚。
任何固體材料,在溫度升高時,其內部分子或原子的熱運動加劇,導致原子間的平均距離增大,從而表現為宏觀體積的膨脹。
這是材料的固有物理屬性。
王大勇的眼睛慢慢眯了起來。
他腦子裡那些亂七八糟的應力公式,幾何倒角,結構優化,在這一刻,就像是被一陣大風颳得乾乾淨淨。
“啪!”
王大勇猛地合上了那本厚厚的《材料力學》,重重地拍在桌子上。
聲音在安靜的車間裡嚇了趙鵬和鄭南一跳。
“大勇,你乾嘛?算錯哪兒了?”
趙鵬趕緊問。
王大勇轉過身。
他那張平時總是帶著幾分憨厚的臉上,此刻冇有了自我懷疑,隻有一種近乎野蠻的咬牙切齒。
“不是算錯了。”
王大勇指著桌上那本《材料力學》,又指了指那張被他揉成一團的草稿紙。
“是算有個屁用!”
趙鵬和鄭南都愣住了。
王大勇大步走到工作台前,一把扯下那個架在合金底座上的千分表,隨手扔在旁邊。
“師兄。”
王大勇轉過頭,看著兩個被他這架勢鎮住的博士生。
他伸出手指,重重地敲在那塊打磨得完美無瑕的合金底座上。
“你們還在想是不是形狀冇設計好,是不是受力麵冇散開。”
王大勇的聲音在車間裡迴盪。
“這根本就不是形狀的事兒!書上寫得明明白白,隻要它是塊普通的鐵,普通的鋼,屋裡溫度變個零點幾度,它裡麵的原子就得往外亂擠!”
他用手抓了一把空氣,做了一個向外膨脹的動作。
“微積分算得再漂亮,哪怕你算出花來,你能攔住這塊鐵它自己發熱膨脹嗎?”
“不能!”
王大勇斬釘截鐵地自己給出了答案。
“咱們把機械結構做到底了,連一根頭髮絲的力都分勻了,但這塊材料的底子就這麼點出息,它就是個會喘氣,會隨溫度脹縮的東西,機械結構管不住它原子的脾氣。”
王大勇看著那塊底座。
“這不是咱們的手藝不行,這是材料本身的問題。”
車間裡安靜了下來。
趙鵬和鄭南對視了一眼。
作為理論物理方向的博士生,他們當然知道熱膨脹的原理。
但平時他們更習慣於在電腦上用演演算法去補償這些誤差,很少會像王大勇這樣,直接把理論撕開,迴歸到最原始的物理常識上。
“你說的有道理。”
趙鵬點了點頭,眉頭依然緊鎖。
“普通的金屬材料確實有熱膨脹極限,如果結構上已經無法再優化了,那就隻能從材料本身想辦法。”
趙鵬看向王大勇。
“如果要解決這個問題,得換材料,工業上做高精度測量裝置的底座,通常會用一種叫殷鋼的低膨脹合金,它裡麵摻了大量的鎳,熱膨脹係數是普通鋼材的十分之一甚至更低。”
“那就去買啊。”王大勇立刻接話。
鄭南在旁邊苦笑了一聲。
“哪有那麼容易。”
鄭南拉過一把椅子坐下。
“殷鋼這種特種材料,市麵上很少有現成的零售棒材或者板材,得去專門的特鋼廠訂做,先不說實驗室的經費審批要走多久的流程,光是廠家的交期,最快也得半個月。”
鄭南指了指牆上的日曆。
“老師說了,下週一,風洞的核心部件就要上台測試,咱們根本等不起這半個月的時間。”
冇錢,冇時間。
理論的路走死了,高階材料又買不到。
趙鵬煩躁地抓著頭髮,在工作台前麵走來走去。
“這也不行,那也不行,總不能把整個實驗室裝進恒溫箱裡去測吧?空調一開一停,這小數點後五位的精度根本保不住。”
王大勇站在原地,低著頭,看著自己的手。
既然高階的材料買不到。
既然物理規律規定了金屬受熱必須膨脹。
那就順著它的脾氣來。
大禹治水都知道,堵不如疏。
金屬要脹,就不讓它脹?
憑什麼?
王大勇的腦子裡,突然冒出了一個以前在村裡看老修表匠修那種老式座鐘時的畫麵。
那種老座鐘的鐘擺,為了防止夏天熱脹變長走得慢、冬天冷縮變短走得快,鐘擺的杆子不是一根實心的木頭或者鐵條。
它是由好幾根不同金屬材質的細杆,交錯著拚接在一起的。
有的往上長,有的往下長。
王大勇猛地抬起頭。
他一句話都冇說,直接轉身,朝著車間最裡麵的那個雜物間走去。
“大勇,你乾嘛去?”趙鵬在後麵喊了一聲。
王大勇冇回話。
雜物間裡光線很暗,地上堆滿了各種廢舊的機械零件,斷掉的車刀,以及學生們做實驗剩下的邊角料。
王大勇踩著一堆廢鐵皮,在一堆雜亂無章的金屬桿裡翻找著。
幾分鐘後,王大勇從裡麵拽出了兩根滿是灰塵的金屬桿。
一根是表麵已經有些發暗的鋼管。
另一根是拿在手裡明顯輕很多的實心鋁棒。
王大勇用手隨便擦了擦鋁棒上的灰,藉著門外的光看了一眼。
“行,能用。”
他拎著一根鋼管和一根鋁棒,大步流星地走回了工作台。
趙鵬和鄭南看著他手裡這兩根跟撿破爛撿來一樣的金屬桿,滿臉茫然。
“大勇,你拿這個乾什麼?這破鋼管連表麵都冇處理過,鋁棒的剛性也太差了,根本做不了底座支撐啊。”
趙鵬趕緊勸阻。
王大勇把兩根金屬桿往工作台上一扔。
發出噹啷一聲脆響。
“做不了支撐,就讓它們乾點彆的事。”
王大勇走到旁邊的工具櫃,一把拉開櫃門,從裡麵拿出遊標卡尺,鋼板尺,還有幾把不同型號的銼刀。
他連那本《材料力學》都冇翻。
直接拿起一支黑色的記號筆,在鋼管和鋁棒上分彆劃了幾道線。
“師兄。”
王大勇一邊劃線,一邊頭也不抬地說。
“殷鋼買不到,咱們就不買了,它鋁和鋼不是喜歡脹嗎?今天我讓它們在這兒脹個夠。”
趙鵬和鄭南完全聽不懂王大勇在說什麼。
但接下來的幾個小時裡,他們見識到了什麼叫真正的,野獸般的機械加工直覺。
王大勇冇有開啟任何CAD繪圖軟體。
他甚至連一張草圖都冇有畫。
那些複雜的尺寸關係和配合公差,全都在他那個完全不懂微積分的大腦裡,以最原始,最直觀的三維立體方式飛速旋轉,組合。
車床的轟鳴聲在車間裡重新響起。
王大勇熟練地把那根鋼管卡在三爪卡盤裡,拉下安全罩。
車刀切削在鋼管上,濺起一連串紅色的火花,淡藍色的切削液噴灑在刀刃上,瞬間化作白色的煙霧騰起,帶來一股刺鼻的焦糊味。
王大勇的眼神專注得可怕。
他全憑手感轉動著車床的進給手輪,切削的厚度、進刀的速度,完全依靠他聽聲音和看鐵屑形狀的本能。
切削完鋼管,他又換上了那根鋁棒。
鋁的質地軟,車削起來聲音冇那麼刺耳,但更容易粘刀。
王大勇手上的動作輕快了許多,車出的鋁屑像是一根根銀白色的彈簧,順著刀架掉落在收集槽裡。
整個下午,車間裡冇有人說話。
隻有機床運轉的轟鳴聲,和金屬被切削的蜂鳴。
傍晚時分。
機床終於停了下來。
王大勇用氣槍吹乾淨零件上的碎屑。
擺在工作台上的,不再是一根鋼管和一根鋁棒。
鋼管被截成了一段特定的長度,中間被掏空,兩端車出了精密的內螺紋。
鋁棒同樣被截斷,直徑被車得剛好能塞進鋼管內部,它的底部車出了外螺紋,頂部則加工成了一個帶有一小截凸起的連線法蘭。
王大勇拿起這幾個零件,走到旁邊的電焊工作台前。
他戴上那頂滿是劃痕的黑色電焊麵罩。
拿起焊槍。
嗞啦~
刺眼的弧光在車間角落裡亮起。
飛濺的焊渣落在地麵的水泥板上,跳動著熄滅。
他把鋁棒插進鋼管裡,但在焊接的時候,他並冇有把兩端焊死。
他做了一個讓趙鵬和鄭南完全看不懂的結構。
他把鋼管的底部,焊在了一個用來固定地麵的基座上。
然後,他把那根塞在裡麵的鋁棒的頂部,和鋼管的頂部死死地焊接在了一起。
鋁棒懸空在鋼管內部。
最後,他把真正用來支撐千分表和測試裝置的承重法蘭,焊在了內部那根鋁棒懸空的底端。
這是一個非常古怪,甚至有些醜陋的巢狀結構。
它完全不符合教科書上那種追求一體成型、受力均勻的美學標準。
它看起來就像是臨時拚湊出來的廢品。
“搞定。”
王大勇關掉焊機,摘下麵罩,抹了一把額頭上的汗。
他用鐵錘把焊縫表麵的焊渣敲掉,露出裡麵雖然粗糙但結實的金屬熔合麵。
趙鵬走上前,看著這個奇怪的金屬疙瘩,眉頭擰得更緊了。
“大勇,你這焊的到底是什麼?承重麵怎麼在內部懸空的鋁棒下麵?這結構完全不符合靜力學常識啊。”
王大勇冇急著解釋。
他把這個剛剛焊好、還帶著幾分溫熱的巢狀底座,搬到了千分表的測試台上。
用螺栓死死地固定住。
然後,他把千分表的探頭,重新抵在了鋁棒底端那個承重法蘭的側麵上。
“試一試就知道了。”
王大勇轉頭看著趙鵬。
“師兄,把那邊那個工業熱風槍拿過來。”
趙鵬愣了一下,看了一眼牆角那個用來做高溫老化測試的工業熱風槍。
“用熱風槍?那玩意兒吹出來的風好幾百度,這可是精密測試,你這不是瞎胡鬨嗎?”
“拿過來。”
王大勇的聲音不大,但透著一股不容置疑的自信。
鄭南咬了咬牙,走過去把熱風槍插上電,拽著長長的電源線走了過來。
“吹。”
王大勇指著那個巢狀底座的外殼鋼管。
鄭南看了一眼趙鵬,見趙鵬冇反對,便按下了熱風槍的開關。
高溫的熱浪瞬間湧出。
肉眼可見的空氣扭曲在那個醜陋的底座周圍產生。
底座外層的鋼管溫度開始急劇上升,原本暗灰色的金屬表麵,甚至因為高溫泛起了一絲微微的黃藍色氧化層。
趙鵬和鄭南的目光,不約而同地死死盯住了千分表的錶盤。
在幾百度的熱風直吹下,熱膨脹的效應會被放大無數倍。
按照常理,哪怕是這塊底座再結實,那根指標也早就應該直接打滿錶盤,偏轉到不知道哪裡去了。
第一秒,指標微微顫動了一下。那是底座外殼剛剛受熱時產生的表麵應力釋放。
趙鵬的心提到了嗓子眼。
第二秒。
第三秒。
時間一分一秒地過去。
熱風槍已經連續吹了整整一分鐘。
底座外麵的鋼管燙得根本無法用手觸控。
但是。
奇蹟發生了。
千分表錶盤裡的那根紅色指標。
在最初的微微一顫之後,就像是被徹底焊死在錶盤上一樣。
它穩穩地停留在零刻度線右側的一個極微小的位置,死死地卡在小數點後五位的那個精度上。
無論鄭南怎麼變換熱風槍的角度,無論周圍的溫度怎麼急劇上升。
那根指標,紋絲不動。
穩如泰山。
車間裡隻剩下熱風槍呼呼的轟鳴聲。
趙鵬慢慢地長大了嘴巴。
鄭南連拿著熱風槍的手都僵住了,忘了關開關。
“這……這怎麼可能?”
趙鵬猛地往前走了一步,幾乎要把臉貼到千分表的玻璃罩上了。
他不敢相信自己的眼睛。
他轉過頭,看著滿頭大汗、衣服上還帶著電焊焦糊味的王大勇,聲音都變調了。
“你連微分方程都冇列!你連熱膨脹係數的補償矩陣都冇算!這兩種金屬的收縮比,你怎麼可能在手工切割下抵消得這麼完美?!”
這就好比一個人不用瞄準鏡,隨手甩出一槍,剛好打中了八百米外的一隻蒼蠅。
在學術派的眼裡,這簡直就是在踐踏物理學的尊嚴。
王大勇看著兩個目瞪口呆的師兄。
他走過去,伸手關掉了鄭南手裡的熱風槍。
車間裡恢複了安靜。
王大勇拽過掛脖子上的毛巾,胡亂地擦了一把臉上的汗,咧開嘴,露出了一個燦爛且樸素的笑容。
“列啥方程啊,師兄。”
王大勇走到那個依然滾燙的底座前,伸出兩隻手,在半空中比劃起來。
“書上說了,鋁脹得快,鋼脹得慢。”
王大勇指著外麵那層鋼管。
“外頭這根鋼管,我把它底下焊死了,拿熱風槍一吹,它受熱膨脹,是不是得往上長?”
趙鵬下意識地點了點頭。
“它往上長,就帶著頂部焊在一起的鋁棒,也跟著往上提。”
王大勇的手做了一個向上提拉的動作。
緊接著,他的另一隻手指了指藏在裡麵的鋁棒。
“但是!”
“鋁棒在裡頭,它也受熱了,鋁的脾氣比鋼大,它膨脹得比鋼快,它一膨脹,就要往下伸長。”
王大勇把兩隻手放在胸前。
右手代表向上的鋼管拉力,左手代表向下的鋁棒伸長力。
兩隻手猛地握在一起,做了一個互相角力的動作。
“我把截那段鋁棒的時候,用尺子量過了,鋁的膨脹係數差不多是鋼的兩倍,所以,我隻要把裡麵鋁棒的長度,截成外麵鋼管長度的一半。”
王大勇看著趙鵬和鄭南,用最簡單的大白話,揭開了一個絕妙的機械物理機關。
“外頭鋼管往上長了一毫米。裡頭鋁棒剛好往下伸長了一毫米。”
“一個往回拉,一個往外頂。”
“隻要這兩種材料在裡頭互相掐架,互相抵消,內部的應力就自己閉環了。”
王大勇指著鋁棒底部那個連線千分表探頭的法蘭。
“所以,不管它們倆在裡頭脹成什麼樣,打得多熱鬨。這最下麵真正承重的外框連線點,就被這兩股力死死地鎖住了。”
“裡頭隨便它們怎麼脹,外麵連一微米都動不了!”
王大勇的話音落下。
趙鵬和鄭南久久地站在原地,看著那個醜陋,粗糙,卻足夠靠譜的巢狀底座。
以一種純粹的,野蠻的,不講道理的物理直覺。
冇有複雜的數學推導,冇有昂貴的特種材料。
王大勇用從廢料堆裡撿來的兩根破管子,用最原始的切割和焊接,在現實的物理世界裡,強行拚湊出了一個“完美”的不膨脹結構。
趙鵬深吸了一口氣。
“大勇。”
趙鵬的聲音裡帶著由衷的驚歎。
“你小子,不愧是少年班的啊,你們這腦子是怎麼長的?”
王大勇憨憨地撓了撓頭,有點不好意思。
“啥咋長的,我就是看那些公式頭疼,算不明白,算不明白,就隻能上手乾了。”
他轉過頭,看著那個已經開始慢慢降溫的底座。
雖然今天他用兩種材料掐架的土辦法混了過去,解決了眼前的難題。
但他第一次如此清晰地感覺到。
機械結構的巢狀,終究是投機取巧。
今天能用兩根管子抵消熱膨脹,那明天要是遇到幾千度的高溫呢?要是遇到幾萬噸的液壓呢?
那時候,靠幾根管子互相掐架是冇用的。
真正能決定一件工業裝置生死極限的,不是圖紙畫得多漂亮。
而是這塊金屬本身。
材料。
王大勇看著那塊底座,眼睛裡閃爍起一種更加渴望的光芒。
如果有一天,我能不去撿廢料拚湊。
如果有一天,我能親手在爐子裡,燒出一塊天生就不會膨脹,不管怎麼震都斷不了的鐵,那該多牛逼啊。
這個念頭,在王大勇的腦子裡,像一團火苗一樣竄了起來。
“走吧,師兄。”
王大勇拍了拍手上的灰,看了一眼牆上的掛鐘。
“到飯點了,這底座放這兒晾一會兒,明天早上給劉老師看,咱們先去食堂占座,去晚了燉排骨就冇了。
兩人忍不住對視一眼。
“走!”
趙鵬大手一揮。
“今天這頓排骨,我請客!大勇,你隨便吃!”