伊利诺伊大学香槟分校 用于横向破坏实验的复合材料层压板的光学图像
右图:横跨90°板层的横向裂纹的典型图像
从这个光学图像可以明显看出，横向裂纹主要沿着纤维/基体界面延伸
学分:伊利诺伊大学法律系
航空航天工程学院 纤维增强复合材料广泛应用于航空航天和其他高科技行业
了解它们的微观结构和纤维-基体界面的强度如何影响它们的失效特性可以导致制造更坚固的材料
伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校最近的一项研究开发了一个模型，以确定复合材料层压板中存在的关键失效过程之一横向裂纹对复合材料微观结构细节的敏感性
航空应用中使用的复合层压材料通常由嵌入环氧树脂中的不同取向的碳纤维层制成
例如，复合层压材料可以由碳/环氧树脂层组成，其中纤维以90度方向取向，夹在两个0度层之间
每根纤维的直径约为7微米，约为人类头发厚度的七分之一
“我们从实验中了解到，裂纹在90度平面上横向扩展，然后在到达0度层的界面时停止
因此，我们开发了一种方法，允许我们在一个真实的系统中模拟数百根光纤，并研究如果我们常娥单根光纤或多根光纤的位置，或者界面的强度，故障响应是如何受到影响的
在这种新方法中，对90度铺层拍摄光学显微照片，并提取所有纤维的位置，以构建铺层的真实计算模型
类似的研究仅限于几十种纤维
“通过我们开发的模拟90度铺层横向开裂的特殊有限元方法，我们可以模拟数百根纤维，”盖贝尔说
“到目前为止，我们已经完成了近3000根光纤
" “因为裂纹主要沿着纤维基体界面扩展，我们的模型强调了这些界面的内聚破坏，”他说
“此外，我们还开发了一种能力，可以有效提取失效事件对微观结构特性的敏感性，包括纤维的位置和尺寸，以及纤维-基体界面的失效特性
我们还可以计算故障事件对参数(平均值、标准偏差等)的敏感度
)来定义这些微结构参数的分布
" 该模型是根据实验观察进行验证的教授
伊利诺伊大学材料科学与工程系的南希·索托斯小组
“当然，你可以通过实验获得这些敏感度，通过各种可能的变化，来看看对失败事件有什么影响，”盖贝尔说
“从数字上来说，这样做效率更高
" 该研究，“单向复合材料的横向破坏:对界面性质的敏感性”，综合计算材料工程
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