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3D打印碳纤维复合材料的各向异性动态力学性能

2022年06月      University of Kentucky

3D打印是一种革命性的制造技术,它几乎可以直接通过计算机上的建模软件生产工程部件。有了3D打印技术,未来制造可能会变得非常高效。然而,3D打印零件在微观结构和力学性能上表现出各向异性的行为,即取决于零件放置在打印机平台上的位置(填充方向),合成零件的性能可以有很大的差异。到目前为止,对3D打印零件各向异性行为的研究大多局限于静态性能(弹性模量、破坏强度等);对3D打印零件在动态条件下的力学响应了解不足。

该研究从动力学角度研究了3D打印零件的各向异性行为。碳纤维增强ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)复合材料板是在各种填充方向上3D打印的。用动态力学试验机对平板进行了测试,并测量了模态频率。利用有限元方法对板进行了进一步建模,得到了附加模态特性。我们观察到,3D打印填充材料取向的变化导致了复合材料板的模态频率的显著变化。根据板的边界条件(上下固定或左右固定),一阶模态频率会出现连续的减小或增大,最大变化可达117%。在3D打印填充方向的变化也改变了模板的模态形状。模态特性,包括模态指数、模态线等发生了显著变化,特别是在较高的振动模态下。