3D打印蜂窝芯复合材料夹芯结构准静态压缩能量吸收特性的实验分析

摘要整理

轻质、高能量吸收结构在工程应用中的需求推动了先进材料和制造技术的发展。复合材料夹芯结构因其优异的比强度和能量耗散性能而备受关注。本研究系统调查了采用3D打印蜂窝芯的复合材料夹芯结构的能量吸收特性。夹芯结构的面板通过手工铺层工艺采用碳纤维和玻璃纤维制备，蜂窝芯采用聚乳酸（PLA）通过熔融沉积成型（FDM）3D打印制造。通过准静态压缩测试和光学分析评估了能量吸收量（Ea）、比能量吸收（SEA）和压溃力效率（CFE）等关键指标。竖向排列的蜂窝芯结构表现出优异的能量耗散性能，这源于其增强的稳定性和抗屈曲能力。采用碳纤维增强复合材料（CFRP）面板的夹芯结构获得了最高的SEA和Ea值，在密实化前展现出更优的能量吸收性能。虽然水平排列的蜂窝芯具有较低的SEA值，但其提供了稳定的压溃行为，支持均匀的载荷分布。芯材的塑性变形压溃被确定为主要失效机制。研究结果表明，结构取向和材料选择对能量吸收性能具有显著影响。竖向蜂窝芯与碳纤维增强复合材料面板相结合的夹芯结构在高能量吸收应用中展现出最大潜力，为先进工程应用提供了成本效益高且高效的解决方案。

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