具有可编程应变传感,辅助性和故障模式的拓工程结合晶体格子
Johannes Schneider1, Mattia Utzeri1,2, V R Krishnamurthy3,4
1James Watt School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ, UK. msv.kumar@glasgow.ac.uk.
Materials horizons
|July 4, 2025
概括
这项研究介绍了3D打印的聚乙乙基 (PEEK) 格子与碳纳米管,这些碳纳米管可以自我监测应变并表现出辅助性质. 定制架构允许在先进的复合材料中实现可编程的应变灵敏度和可调整的机械性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 复合材料 复合材料 复合材料
背景情况:
- 3D打印材料提供了独特的设计可能性.
- 开发具有可调节性质的自我监控复合材料对于先进的应用至关重要.
- 用多壁碳纳米管 (MWCNTs) 增强的聚乙基 (PEEK) 为多功能材料提供了一个有前途的途径.
研究的目的:
- 研究3D打印PEEK/MWCNT网格的可编程应变传感,辅助行为和故障模式.
- 探索单元细胞拓和MWCNT内容对材料性能的影响.
- 开发一个预测模型,以了解这些架构复合材料的多功能功能.
主要方法:
- 利用一个几何建模框架,结合沃罗诺伊模块化和2D壁纸对称性来设计格子拓.
- 使用化丝制造 (3D打印) 制造的网格.
- 进行了多层次的表征,包括拉力测试,微结构分析和实时电阻测量.
- 开发并实施了一个压力阻抗的有限元模型.
主要成果:
- 根据MWCNT的内容和拓学,证明了可调节的多功能性能 (刚性,辅性).
- 在PEEK/MWCNT格子中达到高损伤灵敏度 (高达80),在6 wt% MWCNT.
- 在 -0.63 和 -0.17 之间表现出负的波桑比率.
- 有限元素模型准确地预测了材料的行为,包括损坏的演变.
结论:
- 架构-拓调整可以精确控制应变灵敏度,辅助性和故障模式.
- 开发的PEEK/MWCNT网格适用于需要自我监控和定制机械响应的应用.
- 这项工作指导了用于智能植入物,航空航天和耐冲击系统的多功能压结构复合材料的设计.
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