Szkody i modelowanie defektów materiałów kompozytowych
Mimo dużego stopnia wykorzystania materiałów kompozytowych w nowych samolotach, producenci wciąż polegają w znacznym stopniu na metodach empirycznych, które nie umożliwiają dokładnego przewidzenia reakcji materiałów kompozytowych na zewnętrzne siły. Możliwość dokładnego modelowania pęknięć w materiałach kompozytowych pozwoliłaby na znaczne ograniczenie masy korpusu samolotu oraz lepszy projekt samego materiału. W ramach projektu MULTIFRAC (Multiscale methods for fracture) naukowcy opracowali zaawansowane modele opisujące defekty materiałów zintegrowane z platformą projektową umożliwiającą komputerowy projekt nowych materiałów. Członkowie projektu opracowali metody komputerowe analizy pęknięć nanorurek węglowych wzmacniających polimery w rożnych skalach długości. Symulacje przeprowadzone w nanoskali pomogły na przykład przewidzieć zachowanie połączenia polimeru z nanorurką węglową. Zespół zastosował technikę jednoczesnego łączenia w celu stworzenia obszaru o wysokiej dokładności wokół makroskopijnych pęknięć, traktując resztę obszaru jako materiał homogeniczny. Tę metodę następnie udoskonalono tak, aby opisywała bardziej skomplikowane wzorce pęknięć w bardzo szczegółowej skali, a następnie przeskalowywano je na proste wzorce na poziomie makro. Własności materiałów w obszarach oddalonych od makroskopijnego pęknięcia przeskalowano, korzystając z metody hierarchicznej lub półjednocznesnej. Przeprowadzone eksperymenty były zgodne z wynikami symulacji. Materiały kompozytowe stosowane do konstrukcji samolotów mogą umożliwić ograniczenie masy samolotu, powodując mniejsze zużycie paliwa. Odpowiednie zrozumienie ich odporności na zniszczenie pozwoli producentom ulepszyć projekt materiałów kompozytowych, poprawiając bezpieczeństwo samolotów.
Słowa kluczowe
Szkoda, modelowanie defektów, materiały kompozytowe, samolot, pęknięcie, MULTIFRAC
