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3D打印连续碳纤维增强复合材料的开孔拉伸性能研究

Open hole tensile testing of 3D printed continuous carbon fiber reinforced composites

Seyed HR Sanei, Andrew Arndt, Randall Doles · Department of Mechanical Engineering, Penn State University, USA
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期刊 / 来源Journal of Composite Materials
卷/期/页54 / 20 / 2687-2695
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关键词:3D打印连续碳纤维增强复合材料开孔拉伸应力集中断裂力学尼龙基复合材料

摘要整理

本研究调查了应力集中对3D打印碳纤维-尼龙复合材料拉伸性能的影响。样品采用连续碳纤维和短切纤维增强尼龙通过3D打印制造。制造了四种不同开孔尺寸的样品,分别为3.175 mm(1/8英寸)、6.35 mm(1/4英寸)、9.25 mm(3/8英寸)和12.7 mm(1/2英寸),每组孔径制造5个样品。连续碳纤维沿纵向打印,在开孔周围放置额外的纤维增强。样品进行单轴拉伸测试,实验结果与平均应力准则和点应力准则等断裂力学理论预测进行了对比。研究结果表明,虽然失效起始于应力集中区域,但连续纤维的存在阻止了裂纹向孔洞内扩展。实验发现较大孔径的样品对不连续性的敏感性高于小孔径样品。研究证实3D打印技术可用于在不连续区域进行局部强化,以减轻应力集中的影响,为复合材料结构设计和制造提供了新的思路。

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