来自斯科尔科沃理工学院石油中心的研究人员公布了新的成果，这将改善复合材料强度模型中使用的应力重分布预测，从而减少生产所需的测试和成本。

作者通过考虑复合材料中的纤维可能错位这一事实，对之前创建的模型进行了升级，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：应用科学与制造》上。

“复合材料的研究已经持续了几十年，尽管取得了进展，但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会出现错位，但为了简化起见，在建模纤维束复合材料时，它们通常被理想化为完美对齐。

“在我们的模型中，我们设计了具有一定程度错位的纤维，因为它们的方向并不完全一致。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、斯科尔科沃理工学院数学与力学专业的博士生米拉德·贾法里普里亚 (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，该模型应用于 2021 年发表的一项合作研究中，用于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。在定期检查期间，会发现飞机蒙皮上的缺陷并将其切除，然后在该区域插入补丁，”论文合著者、斯科尔科沃科技学院石油中心的研究科学家谢尔盖·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，我们又无法派出大型飞机去进行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，突然间，其中一个结构元件倒塌了。针对这种情况，也采取了安全措施来复制结构元件所执行的功能，但预测此类破坏的问题仍然存在。”

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，”Abaimov 继续说道。“我们的成就是，我们首次能够用真实的纤维取向模拟纤维束中的损伤。利用该模型，我们可以改进复合材料的损伤预测，从而缩小模拟和实验数据之间的差距。”