英通过预测裂纹扩展在飞机中更好的利用复合材料

英国工程师网站报道，通过开发计算机模型预测材料的损伤行为，飞机设计师可以更有效地利用复合材料。伦敦帝国学院在计算机模型基础上开发新代码，有利于设计师更加了解损伤容限，减少开发周期和研发成本，开发更轻、更省油的飞机。

空客A380有25%的复合材料，波音787有50%的复合材料。但迄今为止,飞机设计师缺乏复合材料断裂行为方面的知识，过分增强复合材料面板。

该项目由EPSRC资助，伦敦帝国学院与空客联合研究，目的是试图预测复合部件受到异常事件如鸟击或非常大的紊流时的裂纹扩展。研究对象主要是碳纤维增强的树脂基复合材料，其中碳纤维提供刚度和强度，树脂基体为纤维提供荷载传递。金属的断裂机制很好理解，但对于复合材料，损伤形式可以有纤维和基体之间脱胶、纤维断裂、基体屈服，以及分层。

复合材料内部长度在微米级的裂纹不需要担心，而且这些裂缝到处都是。这项工作的重点是在裂缝扩展的情况下，对其进行预测。为了解复合材料的失效机制，研究团队设计了一个只能在特定方向断裂的试样，然后使用光学显微镜和扫描电子显微镜观测失效机制。

利用取得数据，可以建立裂纹扩展的物理模型，然后利用物理模型作为参数，输入有限元方法创建的数值失效扩展模型。研究人员将失效模型设置在有限元软件内部。飞机零部件材料的减少可以节约最多达百分之八燃料，即相当于节约每年2000万吨的燃料，5000万吨的二氧化碳和200亿磅元。（中国航空工业发展研究中心 胡燕萍）