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　　近日，清華大學深圳(zhen)國際研究(jiu)生院(yuan)先進(jin)制造學部馮平(ping)法團(tuan)隊在復(fu)合(he)材料加工研究(jiu)領(ling)域(yu)取得新(xin)進(jin)展(zhan)，進(jin)一步探(tan)索了介觀(guan)尺(chi)度(du)下的(de)橫向和(he)縱向裂紋形(xing)成機制和(he)演化規律。

　　近年來，高性能復合材(cai)料的(de)(de)加工技(ji)術(shu)成(cheng)為(wei)了國內外先進制(zhi)造領域的(de)(de)發展重點，特別是(shi)在海陸空天各(ge)類運載(zai)裝備的(de)(de)輕量化制(zhi)造中起(qi)到(dao)了關鍵作用(yong)。因此，復合材(cai)料的(de)(de)制(zhi)造技(ji)術(shu)水平已經成(cheng)為(wei)了國家科技(ji)實力和制(zhi)造能力的(de)(de)重要(yao)體現。芳綸紙蜂窩（Nomex）材(cai)料是(shi)由芳綸纖維(wei)（增(zeng)強(qiang)相(xiang)）和酚醛樹脂（基體相(xiang)）構(gou)(gou)成(cheng)的(de)(de)一(yi)種先進復合材(cai)料，具有(you)仿生學結構(gou)(gou)特點，有(you)比(bi)強(qiang)度高、密(mi)度范圍廣(guang)、耐腐蝕性強(qiang)等(deng)重要(yao)優點，是(shi)航(hang)空航(hang)天領域輕量化需求的(de)(de)首(shou)選(xuan)芯材(cai)，其在多個大(da)國重器(qi)制(zhi)造中被廣(guang)泛(fan)使用(yong)，如新一(yi)代戰斗機、國產大(da)飛(fei)機、大(da)型航(hang)天器(qi)、高速列(lie)車等(deng)。

　　芳綸紙蜂窩材料具(ju)有獨(du)特(te)的(de)(de)(de)結構和(he)力學特(te)征，其加(jia)工方(fang)法、切(qie)削條件及固持方(fang)法等方(fang)面與傳統的(de)(de)(de)金屬加(jia)工存在較大的(de)(de)(de)差(cha)異，因此近年來(lai)(lai)在世界范(fan)圍內受到了(le)普遍的(de)(de)(de)關注，而且芳綸纖維(wei)高韌性材料的(de)(de)(de)去除機理、以薄刃為(wei)(wei)主要特(te)征的(de)(de)(de)專用刀具(ju)失效(xiao)(xiao)機理等基礎科學問(wen)題(ti)尚有待深入(ru)探索。在復合材料的(de)(de)(de)制造過(guo)程(cheng)中，裂(lie)紋(wen)一直是人們關注的(de)(de)(de)問(wen)題(ti)。任一尺(chi)度下產生的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)都有可能對(dui)產品構成潛在威脅(xie)，嚴重裂(lie)紋(wen)被直接定(ding)義為(wei)(wei)損傷和(he)失效(xiao)(xiao)。此前，研究(jiu)者們普遍認為(wei)(wei)微觀(guan)(guan)裂(lie)紋(wen)來(lai)(lai)自于(yu)酚醛樹脂浸漬(zi)固化的(de)(de)(de)孔隙、夾(jia)雜，而宏觀(guan)(guan)缺陷來(lai)(lai)自于(yu)數(shu)控加(jia)工的(de)(de)(de)工藝參數(shu)和(he)刀具(ju)磨損。然而，介(jie)觀(guan)(guan)尺(chi)度下的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)一直被當(dang)作隨機現象而定(ding)義模糊(hu)。

圖1 芳(fang)綸紙蜂(feng)窩復合材料(liao)在(zai)多(duo)源載荷條件下介(jie)觀尺(chi)度裂紋誘發機制(zhi)

　　馮(feng)平法(fa)團(tuan)隊在(zai)前(qian)期(qi)大量實驗(yan)(yan)測(ce)試的基礎上(shang)，研究團(tuan)隊采(cai)用正交(jiao)切削實驗(yan)(yan)和切削力補(bu)償算(suan)法(fa)對數(shu)值(zhi)模(mo)型(xing)和裂紋(wen)(wen)誘發因(yin)素(su)進行分(fen)析(xi)，基于(yu)數(shu)值(zhi)模(mo)型(xing)理(li)解得到(dao)了(le)裂紋(wen)(wen)萌生(sheng)機(ji)理(li)，進而提(ti)出(chu)了(le)超聲振(zhen)動(dong)加工引入橫向(xiang)裂紋(wen)(wen)具(ju)有(you)積極效果的機(ji)制(zhi)，分(fen)析(xi)了(le)橫向(xiang)裂紋(wen)(wen)對縱向(xiang)裂紋(wen)(wen)的擴展有(you)顯著(zhu)的抑制(zhi)作用。研究所探(tan)索的介觀(guan)尺度(du)裂紋(wen)(wen)萌生(sheng)機(ji)理(li)在(zai)微(wei)尺度(du)空洞、微(wei)裂紋(wen)(wen)和宏觀(guan)缺陷(xian)之間架起了(le)一座橋梁，該發現不僅增強了(le)固化引起的微(wei)裂紋(wen)(wen)和空洞的意義，并切為加工后宏觀(guan)缺陷(xian)的演變提(ti)供了(le)理(li)論指導。

圖(tu)2 本研究(jiu)中所采用的正交(jiao)實驗方案與理(li)論(lun)模型(xing)

　　上述研究成果(guo)以“直刃刀(dao)正交切削Nomex蜂窩復(fu)合材(cai)料(liao)的介觀尺度裂紋萌生”（Meso-scale cracks initiation of Nomex honeycomb composites in orthogonal cutting with a straight edge cutter）為(wei)題發表(biao)在復(fu)合材(cai)料(liao)領(ling)域刊物(wu)《復(fu)合材(cai)料(liao)科(ke)學與技術》（Composites Science and Technology）上。

　　該論(lun)文第一作者(zhe)為清華(hua)大(da)(da)學(xue)(xue)深(shen)圳(zhen)國(guo)際(ji)研究(jiu)生(sheng)(sheng)院2022級(ji)博士生(sheng)(sheng)徐捷，通訊作者(zhe)為清華(hua)大(da)(da)學(xue)(xue)深(shen)圳(zhen)國(guo)際(ji)研究(jiu)生(sheng)(sheng)院馮(feng)峰副(fu)教授，論(lun)文作者(zhe)還(huan)包括(kuo)清華(hua)大(da)(da)學(xue)(xue)深(shen)圳(zhen)國(guo)際(ji)研究(jiu)生(sheng)(sheng)院馮(feng)平法教授、西安交通大(da)(da)學(xue)(xue)王晨希助(zhu)理教授、清華(hua)大(da)(da)學(xue)(xue)深(shen)圳(zhen)國(guo)際(ji)研究(jiu)生(sheng)(sheng)院2020級(ji)工程博士生(sheng)(sheng)姜(jiang)恩來。該研究(jiu)得到了國(guo)家自(zi)然(ran)科(ke)(ke)學(xue)(xue)基金(jin)、深(shen)圳(zhen)市(shi)自(zi)然(ran)科(ke)(ke)學(xue)(xue)基金(jin)等項(xiang)目的(de)資助(zhu)。