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3D打印材料性能研究全景

更新时间: 2025-01-06 16:33:56  查看次数: 27    
2001年的时候,周和肯尼斯·E·古德森提出了一种新的迭代方法。用这个方法能计算空间梯度,不过得采集物体变形前后两幅散斑图像的一阶导数。在咱们国内,最早研究DIC方法的是高等人,但是他们当时只研究了理论方面,在测量刚体位移的时候,精确程度不太高。最近这些年,DIC方法发展得特别快。潘等人对DIC方法做了好多研究。2007年,潘等人提出了一种全场应变方法,是基于位移场局部最小二乘法的。他们研究了孔洞大小、区域边界还有裂纹扩展区域,对计算应变场有啥影响。结果发现,用这种方法能很高效地从位移场数据里,把隐藏的应变信息提取出来。2011年到2013年期间,潘和李,还有潘等人一起提出了一种快速DIC方法,把传统牛顿拉普森法里那些多余的计算步骤给去掉了。
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2015年,郝等人用DIC方法研究芳纶纤维复合材料的断裂性能。他们还用最小二乘拟合方法,推出了裂纹尖端位移和应力强度因子之间的关系,并且分析了项数、子集大小还有子集间距,对计算结果会产生什么影响。最后发现,增加最小二乘拟合项的数量,再合理选好DIC子集的大小,就能让算出来的应力强度因子更准确。2019年,回等人用DIC方法,拿2A12 - T4铝合金当研究对象,研究它在拉伸作用下,试件接头处的力学性能怎么样。结果发现,接头内部在拉伸的时候,变形特别大,应力梯度也很大。总的来说,随着计算机技术越来越好,图像设备的性能也越来越高,DIC方法测量的精确度和计算速度都提高得特别快,所以它的应用也就越来越广泛了。
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3D打印技术,它有不少优点。有人用PLA、PA和GF/PA这些材料,通过3D打印技术做出拉伸、断裂以及点阵结构的试样,研究工艺参数和原材料对这些试样力学性能的影响。同时,结合DIC方法,观察试件在加载过程中的变形情况,研究点阵结构失效的原因,还把有限元仿真的结果和实验结果做对比分析。第一章讲了研究的背景和意义,简单介绍了3D打印技术以及它的发展过程,还总结了国内外在纤维增强复合材料、点阵结构力学性能方面的研究情况,最后说了这篇文章主要研究哪些内容。第二章是用3D打印技术做出PLA、PA和GF/PA复合材料的试样,研究它们的拉伸力学性能,分析工艺参数和原材料对3D打印复合材料力学性能的影响,还用扫描电子显微镜(SEM)扫描试样断口的样子,得到试样断口表面的微观图像。第三章是用3D打印技术,以PLA、PA和GF/PA为材料做出断裂试样,研究它们在三点弯曲载荷作用下的静态断裂性能,同样用SEM扫描试样断口,获取微观图,还用DIC方法观察试样在加载过程中的变形是怎么变化的,弄清楚3D打印复合材料断裂失效的原因,以及工艺参数对它的影响。第四章是用3D打印技术做出不同工艺参数和原材料的点阵结构试样,通过实验和有限元仿真,研究它们的准静态压缩力学性能。第五章是研发了一台基于FDM技术的连续纤维增强热固性复合材料3D打印机,然后测试并描述3D打印连续纤维增强热固性复合材料的拉伸和弯曲力学性能。第六章对整篇文章做了总结,还对后续要做的工作进行了展望 。