网状能量导向体超声焊接热塑性复合材料接头的研究

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本文提出了一种由碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）制成的网状能量导向体（ED）用于超声焊接。为了探索网状能量导向体的优势，将平面能量导向体和无能量导向体的接头质量作为参照。研究了网状能量导向体几何形状对焊接特性和接头质量的影响，包括接头截面微观结构、断裂形貌和最大剪切载荷。研究发现，网状和平面能量导向体都能加快焊接过程，这是由于焊接能量集中在预期焊接区域，避免了表面曲率引入的焊接边缘效应。同时，网状能量导向体接头的最大剪切载荷高于平面能量导向体，这是因为接触面积减小导致循环应变增大，超声焊接过程中熔融材料增多。然而，随着网状能量导向体厚度增加，焊接层中产生更多孔隙，导致粘结区域减小，最大剪切载荷下降。从接头断裂形貌分析发现，网状能量导向体在焊接层中引入碳纤维，断裂模式包括纤维-基体界面脱粘、纤维拔出以及聚合物断裂，证实了通过引入CFRP网状能量导向体改善接头质量的可行性。

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