3Dプリント繊維強化複合構造の弾性パラメータの予測

3Dプリント繊維強化複合構造の弾性パラメータの予測
寄稿者: 張俊康、田暁勇

繊維強化複合材料の 3D プリント技術の発展に伴い、多くの学者が建設業界のジョイント部品など、3D プリントにおける繊維複合構造の機械的特性を研究してきました。複合構造のモデリングと製造に伴う課題を考慮すると、実験的手法または数値的手法のどちらを使用しても、構造性能を予測および検証するための特定の物理テストの代わりに、複合シミュレーション テストから派生した有限要素 (FE) モデルが使用されるケースが増えています。オーストラリアのラ・トローブ大学の Al Abadi H 氏らは、実験的および理論的手法を用いて、繊維強化複合材の 3D プリント構造の性能を研究し、その弾性パラメータを予測しました。


図 1 印刷された試験片の繊維配置の概略図図 2 試験された試験片の縦方向および横方向の応力-ひずみ曲線この研究では、ナイロンマトリックスと組み合わせて選択された配置で設計された炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維の 3 種類の繊維強化複合材料が検討されました。 3D プリント試験片の弾性特性を予測するために体積平均剛性 (VAS) 法に基づく解析モデルが開発され、一方、本研究でテストされた繊維強化複合材 3D プリント試験片の破損モードと損傷を予測するために Abaqus を使用して数値モデルが開発されました。




図 3 繊維強化複合材料の実験的およびシミュレーションによる破損。実験および数値シミュレーション研究を通じて、繊維強化複合材料の繊維の配向が、3D プリントされた複合材料の断面の構造特性に大きな影響を与えることが判明しました。同時に、選択された繊維含有量と繊維配向における 3D プリント試験片の構造特性が、実験研究と本論文で提案された 2 つのモデリング手法 (VAS 法と有限要素解析) を通じて評価され、モデル予測結果が実験データと非常に一致することがわかりました。 3D強化複合材料の3Dプリント構造の性能予測におけるこのシミュレーションモデリング方法の有効性が検証されました。

参考文献:
Al Abadi H, Thai HT, Paton-Cole V, et al. 3Dプリント繊維強化構造の弾性特性[J]. Composite Structures, 2018(193): 8-18.

寄稿者: 張俊康、田暁勇 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

シミュレーション、建築

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