3D打印连续纤维增强聚合物复合材料的多尺度计算建模
1Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education, School of Traffic & Transportation Engineering, Central South University, Changsha, 410075, China. lixin204212100@outlook.com.
Scientific reports
|May 21, 2025
概括
计算材料建模准确地预测打印条件如何影响3D打印复合材料. 影响弹性特性的关键因素包括层厚度和界面粘合,为优化3D打印复合材料性能提供了见解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
背景情况:
- 3D打印的连续纤维增强聚合物复合材料 (3DP-CFRPCs) 具有对打印参数敏感的特性.
- 对这些变异的实验测试是耗时且昂贵的.
- 计算材料建模为分析提供了一个有效的替代方案.
研究的目的:
- 通过使用计算建模,分析3DP-CFRPC在不同打印条件下的弹性特性变化.
- 确定影响3DP-CFRPC机械行为的关键打印参数.
- 通过实验结果验证计算模型.
主要方法:
- 使用Mori-Tanaka方法对矩阵孔的均质化,以确定珠子的灵活性.
- 包含微观结构和打印条件的代表体积元素 (RVE) 的有限元素建模.
- 基于不同层厚度,接口特性,打印温度和孔隙度等不同因素的弹性特性分析.
主要成果:
- 弹性特性根据微观结构的复杂性显著不同.
- 层厚度和界面特性是弹性特性的主要决定因素,更大的厚度和更强的粘合力产生更高的刚性.
- 偏移叠加印刷技术增强了弹性特性,取决于方向.
- 增加的多孔性减少了珠子间孔的影响,但加剧了矩阵孔对刚性的影响.
结论:
- 计算建模为3DP-CFRPC在各种打印条件下的弹性特性提供了宝贵的见解.
- 层厚度对机械特性的影响比打印温度更大.
- 与实验数据相比,开发的模型准确地模拟了3DP-CFRPC行为,与实验数据相比,错误最小.
