用于航空航天复合材料建模与设计的机理数据科学

聚合物基复合材料展现出显著的轻量化和高强度特性，使其在航空航天应用中颇具吸引力。先进聚合物和纤维或填料及其分级结构等组分材料将这些优异特性赋予复合材料。这种多尺度分级结构为设计具有优化性能的复合材料提供了机会。然而，复合材料组分材料和架构选择的高维设计空间使其成为一个具有挑战性的设计问题。为应对这一高维设计空间，本文提出了一种称为机理数据科学框架的系统性高效方法，以从有限的可用数据中识别材料系统的控制机理，并创建复合材料知识数据库。我们的复合材料知识数据库包含纳米尺度带纳米增强的聚合物知识、微尺度单向结构以及中尺度编织结构机理，可进一步用于零件尺度复合材料设计与分析。本文提出的机理数据科学框架可进一步扩展至其他材料系统，为材料设计者提供快速评估新材料系统设计的必要工具。