增材制造创新材料的断裂韧性研究：数值模拟与实验验证的突破性进展

本研究针对工业材料对独特性能的迫切需求，通过熔融沉积成型技术(FDM)制备聚乳酸(M1)、木质增强聚乳酸(M2)和陶瓷增强聚乳酸(M3)交替层状创新材料。研究团队采用扩展有限元法(XFEM)结合实验验证，发现该创新材料的I型断裂韧性达16.54 MPa√m(实验值)/17.15 MPa√m(模拟值)，显著优于传统材料，为轻量化高抗断裂应用提供了双重验证方案。

　　

现代工业对功能材料提出独特性能需求，传统复合材料开发面临耗时耗力难题。这项突破性研究采用熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling)技术，创新性地将聚乳酸(Poly-lactic acid, M1)、木质增强聚乳酸(M2)和陶瓷增强聚乳酸(M3)进行交替层状复合。通过扩展有限元法(Extended Finite Element Method)和实验双重验证，揭示该创新材料展现惊人断裂韧性：I型断裂韧性实验值达16.54 MPa√m，模拟值达17.15 MPa√m，远超单一材料性能(M1=4.84 MPa√m，M2=3.25 MPa√m，M3=5.76 MPa√m)。研究证实这种层状复合策略能显著提升材料抗断裂性能，为航空航天、汽车制造等需要轻量化高强材料的领域提供了新选择。数值模拟与实验结果的高度吻合，更赋予该创新材料双重可靠性背书。这项研究开创性地为工业级结构材料开发提供了可借鉴的技术路线。