连续纤维增强聚合物基复合材料的结构多尺度、组分高异质的特征使其相关的数值模拟面临较大挑战，跨尺度的多层次损伤交互作用机理分析较为困难。近日，机械与汽车工程学院在连续纤维复合材料数值建模分析方面取得新进展。研究成果以“Multi-scale numerical analysis of damage modes in 3D stitched composites”（《三维缝合复合材料损伤模式的多尺度数值分析》）为题，发表于《International Journal of Mechanical Sciences》（《国际机械科学学报》，中科院一区，影响因子7.3，Top期刊）。该论文的第一作者为机械与汽车工程学院2022级机械工程专业硕士研究生李迅谨，通讯作者为聊城大学教师屈鹏和中科院宁波材料技术与工程研究所研究员祝颖丹，合作者为聊城大学郭安福教授和王绍清博士，聊城大学为第一署名单位，系我校首次在该期刊发表学术成果。
在本研究工作中，构建了三维缝合复合材料的多尺度数值分析模型。该模型结合连续损伤力学(CDM)、内聚力模型(CZM)单元和Truss单元，表征了层内纤维断裂及基体开裂、层间分层和缝线断裂等损伤模式。这种新颖的建模方法可以将缝线断裂状态与其他损伤形态进行关联分析，揭示了缝线密度对三维缝合复合材料低速冲击损伤演化的影响机理；发现缝线的引入有效抑制了峰值荷载后分层的急剧扩展，避免了I型断裂时的灾难性破坏。论文对该模型的通用性和可扩展性进行了评价，验证所提出的数值模型适用于多种三维缝合复合材料，并具有较好的预测三维缝合复合材料抗低速冲击损伤的能力。
该工作获得了聊城大学科研基金、中国博士后科学基金、省级自然科学基金的支持。