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3D打印纤维增强复合材料结构的弹性参数预测

时间:2019-07-31 10:55 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:
      随着纤维增强复合材料3D打印技术的发展,现已有较多学者对3D打印中的纤维复合材料结构的力学性能进行研究,例如在建筑工业中的接头零部件。鉴于复合材料结构建模及制造的相关挑战,无论是使用实验方法还是数值方法,复合材料仿真测试所呈现的有限元(FE)模型正逐渐取代某些物理测试,以预测和验证结构性能。澳大利亚乐卓博大学的Al Abadi H等人采用实验和理论方法研究了纤维增强复合材料3D打印结构的性能并预测了其弹性参数。

 
图1 打印试样纤维排布示意图
 
图2 测试试样的纵向和横向应力-应变曲线
在该研究中考虑了三种类型的纤维增强复合材料,即按选定排列方式设计的碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维与尼龙基体符合。基于体积平均刚度(VAS)方法开发了一种分析模型来预测3D打印试样的弹性性能,而数值模型使用Abaqus开发,以预测本研究中测试的纤维增强复合材料3D打印试样的失效模式和损坏。


 
 
图3 纤维增强复合材料实验与仿真失效情况
通过实验及数值仿真研究发现,纤维增强复合材料中纤维的取向排列对其3D打印复合材料截面的结构性能有显着影响。同时,通过实验研究及本文提出的两种建模方法(VAS方法和有限元分析)评估了在选定的纤维含量和纤维取向排列3D打印试样的结构性能,发现模型预测结果与实验数据非常一致。验证了此仿真建模方法对维增强复合材料3D打印结构的性能预测的有效性。

参考文献:
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.

(责任编辑:中国3D打印机网)