3D打印连续碳纤维复合材料冷却模型及变形研究

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作者 董传贺 孙晓宇 +2 位作者 李旺鑫 贾睿昊 赵欣 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期79-86,共8页

为探究3D打印连续碳纤维复合材料(C-CFRP)动态冷却行为以及翘曲变形行为,本文首先针对3D打印C-CFRP复合材料丝,建立了考虑材料物性及打印参数的冷却模型,采用热电偶、热成像仪监测了不同打印参数下复合材料丝温度随时间的变化,并与冷却... 为探究3D打印连续碳纤维复合材料(C-CFRP)动态冷却行为以及翘曲变形行为,本文首先针对3D打印C-CFRP复合材料丝,建立了考虑材料物性及打印参数的冷却模型,采用热电偶、热成像仪监测了不同打印参数下复合材料丝温度随时间的变化,并与冷却模型计算值进行了验证,误差最小为11%。然后针对3D打印C-CFRP薄片件,探究了不同打印参数及尺寸对翘曲的影响,并分别采用热电偶、三坐标测量仪进行了成型过程温度动态变化以及翘曲度的测试。结果表明:挤出丝材高于玻璃化转变温度的时间与打印温度、层厚呈正相关,与打印速度呈负相关;C-CFRP薄片件的翘曲度与层厚、长度呈正相关,与打印温度、打印速度呈负相关。本文研究为高精度C-CFRP的3D打印技术发展提供了参考。 展开更多

关键词 连续碳纤维复合材料 3d打印 翘曲变形 冷却模型

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基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法

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作者 邱雯 张帆 +2 位作者 谭跃刚 张俊 涂一文 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期22-27,共6页

连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于... 连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于连续碳纤维复合材料三维模型的有限元分析数据,通过材料力学计算得到相应的主应力轨迹线;通过连续碳纤维复合材料3D打印的打印参数对得到的主应力轨迹线进行调控,保证每一条轨迹线之间的间距契合3D打印要求;通过坐标变换调整有限元分析坐标系以及打印机坐标系;通过以上调控生成用于连续碳纤维复合材料3D打印的G code规划文件。通过路径规划仿真对比和打印拉伸实验,基于主应力轨迹线生成的连续碳纤维复合材料3D打印路径比传统直线碳纤维复合材料3D打印路径性能提高了4.5%,验证了基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法的有效性。 展开更多

关键词 主应力轨迹线 路径规划 连续碳纤维复合材料3d打印

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3D编织碳纤维复合材料的制备及其屏蔽性能的研究 被引量：5

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作者 雷忆三 张瑞刚 +2 位作者 陈佳 王富强 闫丽丽 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B11期253-256,共4页

用三维五向3D编织技术和模压成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基电磁屏蔽复合材料,测试结果表明,三维五向编织结构可形成良好的导电网络,基于该结构制成的碳纤维复合材料屏蔽效能最高可达85dB,编织体整体化学镀镍可使材料的屏蔽效能提... 用三维五向3D编织技术和模压成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基电磁屏蔽复合材料,测试结果表明,三维五向编织结构可形成良好的导电网络,基于该结构制成的碳纤维复合材料屏蔽效能最高可达85dB,编织体整体化学镀镍可使材料的屏蔽效能提高约15dB,镀镍后的复合材料在14kHz～18GHz频段内具有较高的屏蔽效能,最高可达95dB。同时发现,该材料的屏蔽性能显示各向异性,这与编织体的纤维取向和电磁波的极化方向有关。 展开更多

关键词 屏蔽性能 3d编织 三维五向 碳纤维 复合材料 各向异性

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3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

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作者 燕春晖(摘译) 《石油炼制与化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期83-83,共1页

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料... 随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。 展开更多

关键词 碳纤维增强碳化硅复合材料 CF/SIC 电磁波吸收 材料性能 竹结构 3d打印 仿生学 科研团队

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3D打印用碳纤维增强复合材料挤料机设计与工艺分析 被引量：2

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作者 张帆 陈章念 谭跃刚 《机床与液压》 北大核心 2018年第20期11-15,20,共6页

材料制备是3D打印的前提。碳纤维增强复合材料与普通3D打印所使用的热塑性材料在成型工艺、制备条件上有较大差异。针对3D打印用碳纤维增强复合材料的制备问题,研究材料挤料装置特性及工艺条件,通过流体分析和3D打印实验设计挤料装置并... 材料制备是3D打印的前提。碳纤维增强复合材料与普通3D打印所使用的热塑性材料在成型工艺、制备条件上有较大差异。针对3D打印用碳纤维增强复合材料的制备问题,研究材料挤料装置特性及工艺条件,通过流体分析和3D打印实验设计挤料装置并确定碳纤维增强复合材料的最佳成型工艺,达到3D打印成型性能增强的目的,为高效高精的碳纤维复合材料3D打印提供基础。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 挤料装置 3d打印 流体仿真 机械性能

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经纬向纤维体积比例对2.5D机织复合材料力学性能的影响 被引量：14

6

作者 焦亚男 仇普霞 +1 位作者 纪高宁 徐雪伟 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第3期1-5,共5页

以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机... 以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机织复合材料的经、纬向力学性能与该方向的纤维体积含量相关;当经纬向体积比例为1∶0.5时,复合材料表现出经、纬向均衡的力学性能;此外,还表明指数函数可以较好地拟合不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织复合材料的力学性能. 展开更多

关键词 T800碳纤维 2.5d机织复合材料 力学性能 经纬向纤维体积比例 指数函数拟合

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组合式3D机织增强复合材料树脂渗透性 被引量：12

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作者 祝成炎 申小宏 +1 位作者 李艳清 朱俊萍 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期21-23,共3页

通过对玻纤进行包缠设计并在普通二维织机上试制了组合式3D机织结构预制件,采用真空辅助成型工艺研制了复合材料。同时采用光学显微镜和SEM分别对织造中玻纤断裂情况和树脂在复合材料成型过程中的渗透性进行了研究。

关键词 3d机织增强复合材料 一步包缠技术 真空辅助成型 树脂渗透性

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玻纤／涤纶混杂3D整体机织蜂窝结构复合材料的冲击性能 被引量：6

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作者 祝成炎 王静 +1 位作者 张红霞 戴勇 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期41-44,共4页

为研究玻纤/涤纶混杂纤维复合材料中涤纶含量对复合材料低速冲击性能的影响,设计了7种混杂纱线,并在改进后的普通织机上织造,同时采用真空辅助成型工艺制成混杂纤维复合材料板材。探讨了多种纤维混杂后纤维体积含量的计算方法,对混杂纤... 为研究玻纤/涤纶混杂纤维复合材料中涤纶含量对复合材料低速冲击性能的影响,设计了7种混杂纱线,并在改进后的普通织机上织造,同时采用真空辅助成型工艺制成混杂纤维复合材料板材。探讨了多种纤维混杂后纤维体积含量的计算方法,对混杂纤维增强复合材料冲击后断裂情况及能量吸收性能进行研究。结果表明,混入涤纶后复合材料会产生明显的混杂效应,经预测当涤纶含量约为55.69%时,复合材料能量吸收性能最好,在节省成本的情况下达到了最优。 展开更多

关键词 3d整体机织蜂窝结构 复合材料 玻璃纤维 涤纶纤维 体积含量 混杂比 冲击性能

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连续碳纤维复合材料3D打印的成型工艺研究 被引量：11

9

作者 张帆 谭跃刚 +1 位作者 马国锋 张俊 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第7期96-98,102,共4页

连续碳纤维复合材料3D打印的成型质量与成型性能受到三维成型过程中温度、速度、层高等多工艺条件及复合材料本身、打印喷头等多物理参数的影响,合理工艺参数的选择是高质量碳纤维三维成型的保证。针对碳纤维长纤复合材料连续性与各向... 连续碳纤维复合材料3D打印的成型质量与成型性能受到三维成型过程中温度、速度、层高等多工艺条件及复合材料本身、打印喷头等多物理参数的影响,合理工艺参数的选择是高质量碳纤维三维成型的保证。针对碳纤维长纤复合材料连续性与各向异性的特点,研究了连续碳纤维3D打印的系统构成与工艺模型,分析了三维成型过程中不同工艺参数与成型结果间的影响关系,通过3D打印实验验证理论分析的正确性。研究为连续碳纤维复合材料3D打印合理工艺条件的选择提供了依据。 展开更多

关键词 3d打印 连续碳纤维复合材料 成型工艺 工艺参数 各向异性

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炭/环氧3D机织复合材料轴向和非轴向拉伸性能的实验研究 被引量：5

10

作者 杨彩云 刘雍 +1 位作者 陈利 李嘉禄 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期67-71,共5页

炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料是很有应用潜力的材料,但目前这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。通过一系列的实验、分析,客观地评价了4种不同结构炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45... 炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料是很有应用潜力的材料,但目前这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。通过一系列的实验、分析,客观地评价了4种不同结构炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸强度和拉伸模量。实验结果表明,4种材料均具有明显的正交各向异性特点,拉伸强度和拉伸模量的极值均出现在轴向,非轴向的拉伸强度和拉伸模量明显低于轴向值;带有衬经和衬纬结构的织物具有最佳的拉伸性能;4种材料的非轴向拉伸强度和拉伸模量彼此之间差异不是很大,拉伸过程伴随着剪切过程一同出现。 展开更多

关键词 3d机织复合材料 结构参数 轴向拉伸 非轴向拉伸 拉伸性能

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连续碳纤维复合材料3D打印的切片方向调控 被引量：3

11

作者 张帆 尚雯 谭跃刚 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第10期170-173,共4页

三维模型切片处理是3D打印的前提。由于连续碳纤维复合材料各向异性的特点,分层处理前,根据成型样件力学性能的方向性要求,对三维模型切片方向进行调控是获得满足成型性能需求的碳纤维3D打印零部件的保证。在三维拓扑重建的基础上,通过... 三维模型切片处理是3D打印的前提。由于连续碳纤维复合材料各向异性的特点,分层处理前,根据成型样件力学性能的方向性要求,对三维模型切片方向进行调控是获得满足成型性能需求的碳纤维3D打印零部件的保证。在三维拓扑重建的基础上,通过力学方向约束下的坐标矩阵变换算法实现三维模型切片处理的方向性调控;采用变换矩阵空间后的切平面相交法进行等层厚分层处理,实现连续碳纤维复合材料3D打印成型路径方向规划。通过不同模型多方向切片处理实验证明算法的有效性。 展开更多

关键词 连续碳纤维复合材料 3d打印 各向异性 切片处理 方向调控

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3D机织复合材料卫星桁架接头的抗弯刚度研究 被引量：3

12

作者 杨彩云 杨红娜 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期810-813,共4页

为了研制高性能复合材料卫星桁架接头,采用三维有限元分析技术,分析了三维整体织物增强的碳纤维卫星桁架接头三通制件的等效抗弯刚度和内部应力分布,并与制件的三点弯曲实测结果进行了对比.结果表明:三通制件的等效抗弯刚度可以用有限... 为了研制高性能复合材料卫星桁架接头,采用三维有限元分析技术,分析了三维整体织物增强的碳纤维卫星桁架接头三通制件的等效抗弯刚度和内部应力分布,并与制件的三点弯曲实测结果进行了对比.结果表明:三通制件的等效抗弯刚度可以用有限元软件快速、方便、准确地计算出来,并可提供制件任意部位的应力分布状态,为优化制件结构设计提供理论依据.弯曲破坏实验的破坏载荷未能真实地反映接头的最大抗弯破坏承载能力,3个方管的根部应力尚未达到材料的破坏极限. 展开更多

关键词 3d机织复合材料 卫星桁架接头 抗弯刚度 有限元分析 实验测试

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3D机织复合材料多向接头有限元分析 被引量：2

13

作者 杨彩云 马景祥 +1 位作者 马立 刘雍 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期24-28,共5页

为了探究3D机织复合材料桁架接头的机械性能,采用有限元软件ANSYS对3D机织复合材料多向接头所在桁架总体进行有限元模拟,模拟中根据纤维走向对多向接头不同轴向圆管建立相应坐标系,并赋予材料属性,使用MPC多点约束法施加载荷.求解分析... 为了探究3D机织复合材料桁架接头的机械性能,采用有限元软件ANSYS对3D机织复合材料多向接头所在桁架总体进行有限元模拟,模拟中根据纤维走向对多向接头不同轴向圆管建立相应坐标系,并赋予材料属性,使用MPC多点约束法施加载荷.求解分析后结果表明:模拟结果与实测结果中最大应变的位置与数值基本吻合,确定了模拟的有效性;将最大应力与破坏应力对比发现接头在当前载荷下可能发生轻微破坏,破坏位置应位于副管顶部;通过模拟判断了实测中发生轻微响声的原因;将4种角联锁结构的多向接头模拟结果对比发现,带有衬经结构的复合材料为多向接头最佳材料.此次模拟补充了实测中无法得到的数据,为接头的优化设计和实际使用提供一定的帮助. 展开更多

关键词 3d 机织 复合材料 多向接头 有限元 应变

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3D机织物增强复合材料板的力学性能 被引量：9

14

作者 汪蔚 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期49-51,共3页

以玻璃纤维为原料 ,在普通平面织机上试织成各种结构的 3D机织物 ,并用环氧 -聚酰胺树脂体系 ,通过手糊成型工艺制得各种结构的复合材料板材。经性能测试 。

关键词 纤维增强复合材料 3d机织物 力学性能 正交结构 角联锁结构

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碳纤维助力汽车轻量化 首款复合材料3D打印机诞生 被引量：1

15

《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期80-81,共2页

沃尔沃曾经开发出一种新设计，通过把超级电容器装进碳纤维板中，让车身变成电池，从而大幅减重。与此同时，宝马全新一代7系、5系等车型也都将大量采用碳纤维材料。另外，全球首款支持碳纤维复合材料的3D打印机诞生，这款打印机将从3... 沃尔沃曾经开发出一种新设计，通过把超级电容器装进碳纤维板中，让车身变成电池，从而大幅减重。与此同时，宝马全新一代7系、5系等车型也都将大量采用碳纤维材料。另外，全球首款支持碳纤维复合材料的3D打印机诞生，这款打印机将从3月份开始接受预订，价格为5000美元（约合人民币3万元）。同时助力3D打印和智能汽车， 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 打印机 汽车轻量化 3d 碳纸 超级电容器 碳纤维材料 碳纤维板

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日本成功开发打印碳纤维复合材料的3D打印机

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《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期36-36,共1页

东京理科大学机械工学科的松崎亮介团队近日成功开发出了能打印碳纤维复合材料的3D打印机。

关键词 碳纤维复合材料 打印机 3d 开发 日本 理科大学

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面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响 被引量：6

17

作者 张曼玉 刘腾飞 +1 位作者 田小永 李涤尘 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期349-355,共7页

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维... 对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42.2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2.46倍;3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。 展开更多

关键词 3d打印 碳纤维 上浆 界面 力学性能 复合材料 尼龙6基体

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三维角联锁机织复合材料的制备及其弯曲压缩失效机制 被引量：1

18

作者 李天宇 沈伟 +1 位作者 陈立峰 竺铝涛 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期183-189,共7页

为掌握三维纺织结构复合材料在准静态下的失效机制,以碳纤维角联锁预制体为增强体,环氧树脂为基体,采用树脂传递模塑成型工艺制备三维角联锁机织复合材料,并对试样进行匀速载荷下的三点弯曲和压缩试验。采用X射线计算机断层扫描技术观... 为掌握三维纺织结构复合材料在准静态下的失效机制,以碳纤维角联锁预制体为增强体,环氧树脂为基体,采用树脂传递模塑成型工艺制备三维角联锁机织复合材料,并对试样进行匀速载荷下的三点弯曲和压缩试验。采用X射线计算机断层扫描技术观测材料内部结构的损伤情况,并分析材料的失效机制。结果表明:三维角联锁机织复合材料的弯曲强度达到136.43 MPa,弹性模量接近20 GPa,材料的抗弯曲性能优异;基体开裂、下表面纤维断裂和分层是材料的主要弯曲失效模式;材料沿厚度方向的压缩应力达到266.17 MPa,具有良好的抗压缩性能;当承受压缩载荷时,材料在厚度方向上的主要破坏机制表现为剪切破坏。 展开更多

关键词 角联锁结构 复合材料 角联锁机织复合材料 碳纤维 弯曲性能 压缩性能 失效机制

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连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计与实验分析 被引量：6

19

作者 刘基盛 王叶松 +2 位作者 李威 贾志新 方鹏程 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第4期56-63,共8页

以“独立挤出”型连续碳纤维增强PLA复合材料(continuous carbon fiber reinforced PLA composite,CCFRC/PLA)3D打印制件为研究对象,设计了柔性的连续碳纤维增强PLA复合材料丝(continuous carbon fiber reinforced composite filament/P... 以“独立挤出”型连续碳纤维增强PLA复合材料(continuous carbon fiber reinforced PLA composite,CCFRC/PLA)3D打印制件为研究对象,设计了柔性的连续碳纤维增强PLA复合材料丝(continuous carbon fiber reinforced composite filament/PLA,CCFRCF/PLA)送丝机构,研究了打印喷嘴直径与CCFRCF/PLA直径、表面包裹树脂膨胀特性及打印层高的关系,探讨了喷嘴端面直径对打印表面热辐射的影响规律,推导了喷嘴直径的计算公式,求解了最佳喷嘴直径和最佳端面直径。基于设计的打印喷头,采用仿真分析与实验验证的方法,探索了打印层高与制件力学性能之间的关系,结果表明CCFRC/PLA的抗拉强度与纤维层数呈正相关,并验证了层合板预测模型的有效性,获得了打印层高0.1 mm时CCFRC/PLA抗拉强度的修正系数为0.039,打印层高0.2 mm时,修正系数为0.124,为连续碳纤维增强复合材料3D打印技术的发展提供了理论基础和参考价值。 展开更多

关键词 3d打印 独立挤出 连续碳纤维增强PLA复合材料 喷头设计 力学性能分析

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碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析 被引量：13

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作者 赵巧莉 侯玉亮 +1 位作者 刘泽仪 李成 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第14期1732-1742,共11页

构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部... 构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部几何构型及求得的纤维束等效力学参数,构建“纤维束基体”的细观单胞模型,并通过周期性边界条件对其施加不同的位移载荷,预测细观单胞模型的等效力学性能。基于局部均匀化方法将细观单胞模型简化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板模型,并将其阵列扩展为宏观模型,以分析低速冲击及冲击后压缩性能。通过对比不同冲击能量下的低速冲击及冲击后压缩的试验与仿真结果,验证了模型的有效性。 展开更多

关键词 碳纤维平纹机织复合材料 多尺度分析 局部均匀化 低速冲击 冲击后压缩

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