3D打印聚合物基復合材料憑借輕量化、高強度和可定制等優勢，在航空航天領域具有廣闊應用前景。然而，增材制造過程容易引發纖維偏轉、樹脂浸漬不充分及孔隙缺陷等，導致成型件力學性能具有顯著分散性；同時，聚合物基體的固有脆性使得復合材料延展性與抗沖擊性能明顯受限，嚴重阻礙了3D打印復合材料的工程化應用。
成果介紹
     為此，同濟大學航空航天與力學學院李巖教授團隊提出了一種多尺度的貝葉斯方法，實現了3D打印連續纖維增強復合材料宏觀力學性能與微結構參數的跨尺度協同不確定性量化分析。首先基于圖像識別、張量分析和快速傅里葉變換技術，表征了打印復合材料的關鍵微結構參數分布；其次結合復合材料平均場均勻化理論和束間孔隙模型，建立了3D打印復合材料的各向異性多尺度本構理論；最后發展結合本構理論的多層級貝葉斯方法，全面量化了3D打印復合材料的宏觀力學性能和微結構參數的不確定性。該概率方法實現了3D打印連續纖維增強復合材料本構參數的不確定性量化與溯源分析，為其高性能化設計與制造提供理論指導。相關研究成果“A multiscale Bayesian method to quantify uncertainties in constitutive and microstructural parameters of 3D-printed composites”發表于固體力學旗艦期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids。
 

       此外，研究團隊受B-O動態配位鍵啟發，提出了適用于3D打印聚合物基復合材料的通用增韌與能量耗散策略。通過剪切變硬材料SSG與聚乳酸基體的復合，成功制備了智能抗沖擊復合材料PLA/SSG，在保持極限強度不變的前提下實現斷裂延伸率40倍提升及330%沖擊能量吸收率，兼具卓越抗沖擊性、優異延展性及良好強度-延展性平衡。該材料同時具備出色的熱穩定性與加工性能，適用于復雜結構的3D打印，其亞麻纖維增強復合材料的能量耗散較傳統材料提升20.6%。該策略為3D打印智能抗沖擊材料和結構的設計提供了新思路。相關研究成果“A Universal Toughening and Energy-Dissipating Strategy for Impact-Resistant 3D-Printed Composites”發表于綜合類1區Top期刊Advanced Science。
 

       我院2023級博士生洪翔為論文第一作者，李巖教授、王鵬副教授和楊偉東研究員為論文共同通訊作者。章中森副教授，陳永霖助理教授和張峻銘博士對論文作出了重要貢獻。上述研究工作得到了國家重點研發計劃重點專項的資助。

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