近日，南方科技大学创新智造研究院章亮炽院士团队在复合材料领域期刊 Composites Part B 发表题为“On the numerical modelling of composite machining”的综论文章，全面总结分析了复合材料精密制造领域数字化技术的发展趋势和亟需突破的关键问题，并就领域发展存在的跨尺度分析瓶颈问题展望了可能的突破方向。

复合材料因具备优越的性能可定制特性，已成为众多科学和工程领域不可或缺的核心材料。但复合材料部件/结构的可靠性，取决于其精密制造技术能否实现真正的微观结构完整性。图1和图2分别以碳纤维增强的树脂基复合材料（CFRP）和陶瓷颗粒增强的金属基复合材料（MMC）的表面精密加工为例，展示了复合材料在表面切削加工过程中所面临的各种挑战，揭示了制约加工质量的深层理论机理，阐明了提高CFRP和MMC表面完整性的重要性和必要性，并指出了大规模数值模拟和数字孪生技术应用的广阔前景。文章概括了复合材料加工中力学建模的基本问题 —— 包括材料本构关系的确立以及“刀具-增强体-基体”的相互作用机理，指出建立精准的本构模型是进行复合材料可靠力学分析的关键。同时，文章还论述了该领域的研究至今仍然局限于单一尺度研究的因素。

图1CFRP表面精密加工所面临的挑战

图2MMC表面精密加工所面临的挑战

该文继而探讨了复合材料加工领域中跨尺度分析的瓶颈问题。文章指出，要深入透视复合材料的加工变形机理，基于包含随机跨尺度因素的、具有微/纳米分辨率的三维分析将至关重要。随着跨尺度研究的深入，预计一些在复合材料表征中至今尚未全面考虑的重要问题将得以解决。文章最后指出，采用可靠力学模型的数字表征和人工智能相结合的方法，将有望成为精准预测复合材料表面完整性的基础，成为研发无损制造技术的有效工具，成为突破当前跨尺度分析瓶颈的重要方向之一。

南科大是论文第一单位。以上工作得到了深圳市跨尺度制造力学重点实验室的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110023