英國(guó)工程師網(wǎng)站報(bào)道，通過開發(fā)計(jì)算機(jī)模型預(yù)測(cè)材料的損傷行為，飛機(jī)設(shè)計(jì)師可以更有效地利用復(fù)合材料。倫敦帝國(guó)學(xué)院在計(jì)算機(jī)模型基礎(chǔ)上開發(fā)新代碼，有利于設(shè)計(jì)師更加了解損傷容限，減少開發(fā)周期和研發(fā)成本，開發(fā)更輕、更省油的飛機(jī)。

空客A380有25%的復(fù)合材料，波音787有50%的復(fù)合材料。但迄今為止,飛機(jī)設(shè)計(jì)師缺乏復(fù)合材料斷裂行為方面的知識(shí)，過分增強(qiáng)復(fù)合材料面板。

該項(xiàng)目由EPSRC資助，倫敦帝國(guó)學(xué)院與空客聯(lián)合研究，目的是試圖預(yù)測(cè)復(fù)合部件受到異常事件如鳥擊或非常大的紊流時(shí)的裂紋擴(kuò)展。研究對(duì)象主要是碳纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料，其中碳纖維提供剛度和強(qiáng)度，樹脂基體為纖維提供荷載傳遞。金屬的斷裂機(jī)制很好理解，但對(duì)于復(fù)合材料，損傷形式可以有纖維和基體之間脫膠、纖維斷裂、基體屈服，以及分層。

復(fù)合材料內(nèi)部長(zhǎng)度在微米級(jí)的裂紋不需要擔(dān)心，而且這些裂縫到處都是。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是在裂縫擴(kuò)展的情況下，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。為了解復(fù)合材料的失效機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)只能在特定方向斷裂的試樣，然后使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測(cè)失效機(jī)制。

利用取得數(shù)據(jù)，可以建立裂紋擴(kuò)展的物理模型，然后利用物理模型作為參數(shù)，輸入有限元方法創(chuàng)建的數(shù)值失效擴(kuò)展模型。研究人員將失效模型設(shè)置在有限元軟件內(nèi)部。飛機(jī)零部件材料的減少可以節(jié)約最多達(dá)百分之八燃料，即相當(dāng)于節(jié)約每年2000萬(wàn)噸的燃料，5000萬(wàn)噸的二氧化碳和200億磅元。（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心 胡燕萍）