基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

作     者：杨立宁 郑东昊 王立新 杨光 YANG Lining;ZHENG Donghao;WANG Lixin;YANG Guang

作者机构：河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018 

基　　金：河北省重点研发计划(21351002D) 河北科技大学校立无人机研发专项(2019WRJ11) 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2022年第41卷第11期

页      码：5961-5967页

摘      要：以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感,在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上,设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样,并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明:由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少,限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高,但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍;当仿生结构复合材料试样受到冲击力时,其内部六边形结构的连接角度会发生变化,从而极大消耗冲击能量,同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展,因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍;仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能,且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造,可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。

主 题 词：增材制造 连续碳纤维增强 树脂基复合材料 仿生蜻蜓翅脉结构 力学性能 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0211

馆 藏 号：203115532...