3D打印光滑和缺口PLA及短碳纤维增强PLA的静态和疲劳性能

摘要整理

增材制造(AM)具有几何设计自由度高和组件高度定制化等优势。在众多AM工艺中，熔融沉积成型(FDM)是应用最广泛的聚合物成型方法。本研究分析了光滑和缺口试样的断裂行为，试样材料包括聚乳酸(PLA)和短碳纤维(CF)增强PLA两种。实验研究表明，无论几何形状如何，PLA-CF试样的静态和疲劳性能均明显低于纯PLA。性能下降的主要原因包括孔隙率较高和层间粘结强度不足。为评估几何形状对静态和疲劳性能的影响，采用了平均应变能密度(SED)方法进行分析。通过确定静态和疲劳条件下两种材料的特征长度R₀，将实验数据转化为平均SED值进行总结。该方法对不同几何形状和材料的临界载荷预测平均误差为±7%。此外，基于SED方法建立了与几何形状无关的疲劳曲线，适用于两种材料。研究结果表明，SED方法可有效评估FDM成型件的几何缺口敏感性，为3D打印复合材料的结构设计和可靠性评估提供了理论依据。

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