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3D打印纖維增強復合材料結構的彈性參數(shù)預測

3D打印動態(tài)
2019
07/30
13:48
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供稿人:張俊康,田小永

隨著纖維增強復合材料3D打印技術的發(fā)展,現(xiàn)已有較多學者對3D打印中的纖維復合材料結構的力學性能進行研究,例如在建筑工業(yè)中的接頭零部件。鑒于復合材料結構建模及制造的相關挑戰(zhàn),無論是使用實驗方法還是數(shù)值方法,復合材料仿真測試所呈現(xiàn)的有限元(FE)模型正逐漸取代某些物理測試,以預測和驗證結構性能。澳大利亞樂卓博大學的Al Abadi H等人采用實驗和理論方法研究了纖維增強復合材料3D打印結構的性能并預測了其彈性參數(shù)。


圖1 打印試樣纖維排布示意圖

圖2 測試試樣的縱向和橫向應力-應變曲線
在該研究中考慮了三種類型的纖維增強復合材料,即按選定排列方式設計的碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維與尼龍基體符合;隗w積平均剛度(VAS)方法開發(fā)了一種分析模型來預測3D打印試樣的彈性性能,而數(shù)值模型使用Abaqus開發(fā),以預測本研究中測試的纖維增強復合材料3D打印試樣的失效模式和損壞。




圖3 纖維增強復合材料實驗與仿真失效情況
通過實驗及數(shù)值仿真研究發(fā)現(xiàn),纖維增強復合材料中纖維的取向排列對其3D打印復合材料截面的結構性能有顯著影響。同時,通過實驗研究及本文提出的兩種建模方法(VAS方法和有限元分析)評估了在選定的纖維含量和纖維取向排列3D打印試樣的結構性能,發(fā)現(xiàn)模型預測結果與實驗數(shù)據(jù)非常一致。驗證了此仿真建模方法對維增強復合材料3D打印結構的性能預測的有效性。

參考文獻:
Al Abadi H, Thai H T, Paton-Cole V, et al. Elastic properties of 3D printed fibre-reinforced structures[J]. Composite Structures, 2018(193): 8-18.

供稿人:張俊康,田小永供稿單位:機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室


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