将石墨烯集成到造船业中，有望带来前所未有的强度，但其在含盐环境下的循环疲劳行为仍然是一个谜。本文分析了一起由石墨烯复合材料制成的船体加强件发生灾难性失效的案例。通过3D模拟，我们对关键裂纹的成核和扩展进行了建模，评估了冯·米塞斯应力和断裂能量，直至部件完全坍塌。
石墨烯复合材料疲劳模拟与裂纹扩展 🧊
模拟在带有缺口区域自适应网格的有限元模型上执行。施加了相当于风暴波浪的循环载荷（频率为0.1 Hz）。结果显示，石墨烯层与环氧树脂基体之间的分层发生在第12,300个循环。此后，裂纹以每循环2.3毫米的速度在450 MPa的最大应力下扩展。3D动画揭示了裂缝如何分叉，在模拟的15秒内产生一条40厘米长的漏水通道。应力-应变曲线显示了在最终失效前刚度的突然丧失。
纳米材料海洋结构设计的教训 ⚙️
这个3D模型表明，海洋石墨烯的最大弱点不是其最大强度，而是其在意外动态载荷下的脆性行为。失效并非由于超过弹性极限，而是由于界面疲劳。对于未来的设计，建议在石墨烯和金属基体之间加入粘弹性缓冲层。坍塌的可视化可作为船舶工程师的教学工具，强调材料创新必须伴随失效预测模型。
哪些有限元网格划分创新能够精确模拟海洋石墨烯在极端循环疲劳条件下微裂纹的扩展？
（附注：模拟灾难很有趣，直到电脑烧毁，而你自己就是那场灾难。）