来自斯科尔科沃理工学院石油中心的研究人员展示了新的成果，这些成果将改善复合材料强度模型中使用的应力重新分布预测，从而减少生产所需的测试和成本。作者升级了之前创建的模型，考虑到复合材料中的纤维可能错位，这对建模预测有显著影响。这篇新论文发表在《复合材料：A 部分》杂志上。
“复合材料的研究已经进行了几十年，但尽管取得了进展，数值模拟和实验数据之间仍然存在很大差距。我们的目标是缩小这一差距。复合材料由两种成分组成：纤维和基质。虽然复合材料层中的纤维实际上表现出错位，但为了简化起见，在纤维束复合材料建模中，它们通常被理想化为完美对齐。在我们的模型中，我们设计了具有错位程度的纤维，因为它们的方向并不完美对齐。这会影响计算的准确性和复合材料强度模型的评估，”这项研究的主要作者、Skoltech 数学和力学项目的博士生 Milad Jafarypouria 说。
新的建模方法将有助于提高比利时创建的纤维束模型的预测能力，该模型于 2021 年应用于合作研究，以分析聚合物复合材料的失效机制。这些材料在航空航天等行业中得到广泛应用，在这些行业中，提高模拟精度以与实验数据保持一致对于减少所需的测试次数至关重要，从而降低制造复合结构的成本。
“工程学已经学会了如何处理单个裂缝——这个领域被称为断裂力学。在定期检查中，飞机蒙皮上的缺陷会被发现并切除，然后在该区域插入补丁，”论文合著者、斯科尔科沃理工学院石油中心首席研究科学家谢尔盖·阿拜莫夫 (Sergey Abaimov) 说道。“但还有更危险的情况——所谓的损伤力学，当材料中出现大量肉眼无法看到的微缺陷时，我们无法将大型飞机送去进行 X 射线检查。由于材料中可能充斥着此类裂缝，这可能会导致灾难：没有人注意到裂缝，飞机继续飞行，然后，突然之间，其中一个结构元件倒塌。针对这种情况，也采取了安全措施来复制结构元件执行的功能，但预测此类破坏的问题仍未解决。”
据研究人员介绍，最初该模型没有考虑到许多方面，包括并非所有纤维都是完全笔直的。
“新的和后续的研究将有助于使这个模型更加真实，”Sergey Abaimov 继续说道。“我们的成就是，我们首次能够模拟具有真实纤维取向的纤维束中的损伤。利用该模型，我们可以改进复合材料中的损伤预测，从而缩小模拟和实验数据之间的差距。”
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