熔融沉积成型凯夫拉纤维和碳纤维复合材料层间分层行为的II型加载研究

摘要整理

随着各行业对部件设计和制造复杂性要求的提高，复合材料增材制造在下一代轻量化结构生产中展现出巨大潜力。熔融沉积成型（FFF）是一种重要的复合材料制造方法，通过将长丝材料加热至凝胶温度以上，逐层沉积在已打印层上来制造三维结构。FFF打印的复合材料部件由于层间粘接强度较弱，易发生分层失效。本研究通过实验系统研究了FFF打印的端部缺口弯曲（ENF）复合材料试样在II型加载条件下的层间分层现象。采用工业级FFF打印机以碳纤维增强尼龙（Onyx）为基体材料制造试样，并采用Onyx、连续碳纤维或连续凯夫拉纤维作为界面材料。ENF试样臂部在预选层采用连续碳纤维进行优化增强。第一类试样包含三种不同界面材料配置（Onyx//Onyx、Onyx//凯夫拉、Onyx//碳），用于研究Onyx层与其他Onyx层或连续纤维增强层之间的分层行为。第二类试样包含另外三种界面材料配置（凯夫拉//凯夫拉、碳//碳、凯夫拉//碳），用于研究连续纤维增强层之间的分层行为。通过改变界面层的相对取向，研究打印方向对ENF试样分层行为的影响。采用数字图像相关（DIC）技术在准静态三点弯曲加载过程中精确量化裂纹扩展程度，获得试样前表面的全场剪切应变分布。研究表明，裂纹起始和扩展的抗力高度依赖于界面层材料类型及其相对取向。

相关论文