伊利诺伊大学格兰杰工程学院 用于可视化纤维的三种方法各有利弊
光线投射显示出有希望成为一种估计具有小曲率的纤维材料取向的强有力的方法
学分:弗朗切斯科·沛纳海，格兰杰工程学院 当飞行器以高超音速在太空中飞行时，周围的气体会以危险的温度为飞行员和内部仪器产生热量
设计一辆能够把热量带走的汽车需要了解制造它的材料的热特性
伊利诺伊大学香槟分校最近进行了一项由两部分组成的研究，开发了一种方法来创建复合材料中纤维的三维模型，然后使用该信息来预测材料的热导率
“我们用x光显微摄影技术制作了显示纤维方向的三维图像，”加州大学国际关系学院航空航天工程系的教职员工弗朗切斯科·帕内莱说
“在大多数工程应用中，我们使用由碳纤维制成的复合材料，但我们开发的方法可以应用于任何种类的纤维和任何种类的复合材料
" 沛纳海表示，微断层扫描类似于在医院进行的电脑断层扫描，但高能x光可以检测到微纤维中的细微细节，微纤维的直径只有一根头发的几分之一
“显示纤维如何组织的图像不仅仅是漂亮的图片——它们是三维网格中材料的描述
现在，我们可以利用三维网格的数据进行模拟，计算材料属性，否则你将不得不进行复杂的实验，”沛纳海说
在研究的第一部分，沛纳海和他的同事测试了三种不同的方法来观察纤维
“我们发现，因为不同的材料由不同的结构组成，所以某些方法对某些纤维和织物的效果比其他方法更好
" 例如，该研究得出结论，无处不在的结构张量方法在直的、随机的纤维上表现出非常好的性能，但是未能准确地估计双向密集编织的方向
另一种基于人工助焊剂的方法在双向编织样品上表现出相对较好的性能，但在直的随机纤维上失败了
这种新颖的光线投射方法显示出有希望成为一种估计具有小曲率的纤维材料取向的强有力的方法
但是，它的主要缺点是计算成本高
“现在，我们可以跟踪纤维在空间中的方向，并确定它们之间的空间，我们可以计算材料的属性，在这种情况下，它的热导率，在三维空间中，并有非常准确的值
“为了实验性地测量电导率，你需要做三个实验，每个方向一个
使用这种新的方法，我们可以计算张量和预测三个方向的性质更快，成本更低
" 沛纳海表示，这种可视化纤维的新方法，以及经证实的确定材料特性的能力，有助于重新设计材料
“我们可以使用非常特殊的纤维结构来达到一定的性能，如强度或导电性，”他说
“导热率是每个从事高温材料研究的人都试图估算的
这似乎是一个非常简单的性质，但很难测量，尤其是对于三维材料
这就是这种方法的非凡之处
" 弗雷德里科·塞梅拉罗是美国宇航局艾姆斯研究中心这项研究的主要作者，他说:“计算热导率对于可靠地预测隔热罩的响应至关重要
此外，已经开发的方法和数值方法足够灵活，允许计算许多材料特性
对隔热板性能的全面了解最终将有助于优化其设计
" 研究的第一部分，“纤维和纺织材料的各向异性分析第一部分:局部取向的估计”，作者是费德里科·塞梅拉罗
弗爵爷，弗朗切斯科·沛纳海，罗伯特·J
金和凪良
曼苏尔
它出现在计算材料科学
研究的第二部分，“纤维和纺织材料的各向异性分析第二部分:有效电导率的计算”，作者是费德里科·塞梅拉罗
福格森、马科斯·阿辛、弗朗切斯科·沛纳海和凪良·N
曼苏尔和发表在计算材料科学
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