用于复合材料感应焊接的不同三维打印易热体图案的热性能评估

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碳纤维转向技术为设计复合材料易热体提供了新途径，可替代碳纤维增强聚合物层板感应焊接中的金属插件。通过优化纤维构型，复合材料本身可作为集成易热体，实现可控的电磁加热。采用COMSOL Multiphysics建立有限元模型，预测定制层板内的温度演变和电流集中分布。模型首先通过纤维取向为0°、90°、+45°和−45°的单向样品进行验证，随后扩展到复杂易热体构型，包括圆形、同心圆和准各向同性设计。模拟明确考虑了局部细观结构效应，以捕捉控制热分布的各向异性导热和边缘效应。结果表明，同心圆构型实现最高峰值温度，具有强烈的局部加热特性；圆形图案产生径向对称温度场；准各向同性铺层提供均匀但强度较低的加热。红外热成像实验验证了这些趋势，与模型预测具有良好一致性。该研究表明，通过纤维转向可以设计易热体几何形状以控制感应加热行为，为航空航天和汽车应用中热塑性复合材料的连接和修复提供了轻质、无腐蚀和可持续的金属插件替代方案。

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