三种用于纤维视觉化的方法各有优劣。其中，光线投射法对有微小曲率的纤维材料的预测颇为有效。
航空器以高超音速飞行时，周围的气体会产生热量，由此产生的高温对飞行员和航空器内部的仪器都十分危险。想要设计能够驱散热量的航空器，首先要了解制造材料的热特性。phys.org网站当地时间12月1日报道，美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）的研究人员在《计算材料科学》杂志中阐述了一种方法，可用于创建复合材料内部纤维的三维模型，帮助科学家们预测材料的导热性。
“我们使用X射线显微断层摄影技术制作了纤维的3D图像。”UIUC航空航天工程学研究人员Francesco Panerai说，“在大多数工程应用中，工程师使用碳纤维制造复合材料。我们开发的方法可以用于分析任何类型的纤维和复合材料。”
Panerai指出，显微断层扫描与医院使用的CT扫描非常相似，但高能X射线可以探测到纤维的微小细节。
他说：“展示纤维结构的图像不止是‘漂亮的图片’，它们还可以描述这种材料的三维网格结构。我们可以使用这些数据进行模拟，计算材料属性，从而避开复杂的实验过程。”
在项目中，Panerai等测试了三种纤维可视化方法。
Panerai说：“我们发现，由于不同的材料有不同的结构，因此三种方法各有优势。”例如，泛在结构张量法适用于直线型、随机纤维，但不能准确估计双向密集编织纤维的取向。人工通量法在双向纤维预测方面表现较好，但在直线型纤维的预估中表现不佳。射线投射法是一种有效的小曲率纤维取向预测方法，但计算量偏大。
Panerai说：“现在，我们能够根据纤维的排列方向，确定它们之间的空间结构，以及其精确导热率。一般来说，用实验方法测量导热率，研究人员需要进行多次实验。而新方法简化为张量计算，速度更快，成本更低。这种纤维可视化方法有望帮助材料学家重新审视材料设计。热导率是高温材料研究无法避开的话题，它看似简单，却很难测定，三维材料尤其如此。”
论文作者、NASA埃姆斯研究中心的研究人员Frederico Semeraro补充道：“新方法足够灵活，能够用于多种材料性质的计算。对隔热屏性能的全面认识，将对其设计优化产生积极作用。”
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《计算材料科学》
期刊编号：0927-0256
原文链接：
https://phys.org/news/2020-12-method-fibers-d.html
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