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连续纤维增强复合材料变刚度结构的3D打印及性能研究

3D Printing and Performance of Continuous Fiber Reinforced Variable Stiffness Composite Structures

可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力 大大提高制件的承, TIAN Xiao-yong, 、 轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路, LAN Hong-bo, LI Di-chen · Xi'an Jiaotong University
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期刊 / 来源Journal of Mechanical Engineering
卷/期/页58 / 5 / 170-170
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关键词:连续纤维增强复合材料3D打印变刚度结构纤维含量梯度弯曲性能冲击强度有限元分析轻量化设计

摘要整理

连续纤维增强复合材料变刚度结构通过调控纤维含量和方向分布,可最大化利用纤维性能优势。传统制造工艺难以精确控制纤维含量分布。本研究基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量梯度分布对制件弯曲和冲击性能的影响。在相同平均纤维含量条件下,3D打印变刚度结构的抗弯模量和冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立本构模型和有限元分析模型,分析了变刚度结构的失效行为。研究表明,将较高纤维含量设置在制件背侧,可增强对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大幅提高制件承载能力和纤维使用效率。该研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新思路。

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