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连续纤维增强蜂窝结构复合材料的三维打印及弯曲性能研究

3D printing of continuous fiber reinforced cellular structural composites for the study of bending performance

Ziying Cui, Xiayan Huang, Mengwei Jia, Mahyar Panahi‐Sarmad, MD Imran Hossen, Ke Dong, Xueliang Xiao · Jiangnan University
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期刊 / 来源Journal of Reinforced Plastics and Composites
卷/期/页42 / 13-14 / 673-684
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关键词:连续纤维增强复合材料三维打印蜂窝结构弯曲性能工艺参数优化有限元分析凯夫拉纤维填充密度

摘要整理

三维打印工艺参数优化是近十年的核心研究课题。本研究采用三维打印技术,以凯夫拉纤维和聚乳酸为基体,制备了具有多种形状填充蜂窝结构的连续纤维增强复合材料(CFRCs)。系统研究了影响弯曲性能的关键工艺参数,包括打印路径、纤维取向、填充密度、蜂窝孔长度和层厚。三点弯曲测试表明,随着有效密度增加,不同填充结构的CFRCs强度和刚度均显著提升。通过调整纤维沿拉伸方向的取向角,可优化蜂窝孔长度等结构参数,进一步改善弯曲性能。建立了有限元模型并与实验结果进行了验证。研究发现,层厚为0.1 mm的菱形填充蜂窝结构CFRCs样品弯曲强度和弹性模量最高,分别达到53.61 MPa和2728.41 MPa。由于力学性能受多种微观结构因素影响,需要设计大量原型样品以获得所需的弯曲强度和挠度模量。本研究为减少打印样品数量提供了系统的参数优化指导方案。

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