隨著增材制造技術的飛速發(fā)展，3D打印技術在航空航天、汽車、建筑和醫(yī)療等多個領域得到了廣泛應用。熔融長絲制造（FFF）作為3D打印技術的重要分支，因其簡單易行、能夠制造復雜幾何形狀的功能部件，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。近年來，連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料因其優(yōu)異的力學性能、易加工性和可回收性，在工業(yè)應用中越來越受重視。然而，目前對連續(xù)碳纖維增強3D打印件的沖擊性能研究相對較-少，尤其是在復雜結構如蜂窩結構中的應用研究仍處于探索階段。
蜂窩結構作為一種典型的輕量化結構，因其高比強度和優(yōu)異的力學性能，在航空航天和汽車領域具有重要應用價值。然而，蜂窩結構在實際使用中往往需要承受沖擊載荷，如碰撞或墜落等，因此研究其在沖擊載荷下的力學響應和失效模式具有重要意義。
落錘沖擊測試作為一種經(jīng)典的力學性能測試方法，能夠有效評估材料或結構在沖擊載荷下的性能表現(xiàn)，為優(yōu)化設計和工藝參數(shù)提供重要依據(jù)。本文科準測控小編將聚焦于連續(xù)碳纖維增強3D打印蜂窩結構的落錘沖擊性能，通過實驗和有限元模擬相結合的方法，深入探究其在沖擊載荷下的力學響應和失效模式。
一、測試原理
落錘沖擊測試是一種常見的力學性能測試方法，用于評估材料或結構在沖擊載荷下的力學響應和失效模式。其基本原理是通過讓具有一定質量的沖擊器從一定高度自由落體沖擊試樣，測量沖擊過程中試樣所承受的沖擊力、能量吸收以及變形情況等參數(shù)，從而評估試樣的抗沖擊性能。在本研究中，通過落錘沖擊系統(tǒng)對連續(xù)碳纖維增強3D打印蜂窩結構進行沖擊測試，研究其在不同沖擊能量下的力學響應和失效模式，為優(yōu)化3D打印工藝參數(shù)、提高復合材料結構的沖擊韌性提供理論依據(jù)和技術支持。
二、測試相關標準
ASTM D7136/D7136M-19標準規(guī)定了使用落錘沖擊試驗機對聚合物基復合材料進行沖擊試驗的方法，適用于測定復合材料層壓板的耐沖擊性能。
此外，ISO 6603-1:2006和ISO 6603-2:2006標準也對塑料材料的沖擊性能測試提供了指導，分別適用于不同類型的沖擊試驗設備和試驗方法。
三、測試儀器
1、KZ-ITM-6350落錘沖擊試驗機
A、設備介紹
該試驗機主要用于檢測材料在動負荷下沖擊性能、抗沖擊性能及試樣的損壞。試驗方法是彈簧加速沖擊，測量試樣在沖擊過程中的受力和變形，觀察試樣損壞情況，例如試樣撓曲、開裂和斷裂。能夠通過軟件數(shù)據(jù)分析，得到?jīng)_擊力、沖擊能量、沖擊速度、材料吸收能量及損傷耗散能量、損傷臨界點。
四、測試流程
步驟一、試樣制備：選擇1K連續(xù)碳纖維（HTA 40, Toho Tenax Co., Ltd, Japan）作為增強相，PLA（FlashForge, Hangzhou, Zhejiang, China）作為基體，按照設定的工藝參數(shù)（H=0.3mm; W=1.5mm; T=210℃; V=100mm/min-1; Tp=50℃）制備蜂窩結構樣件。
步驟二、試樣安裝：將制備好的蜂窩結構試樣安裝在落錘沖擊系統(tǒng)的測試平臺上，確保試樣與沖擊器的接觸面平整且垂直于沖擊方向。
步驟三、測試參數(shù)設置：根據(jù)研究需求，設置不同的沖擊能量級別，通過調整沖擊器的下落高度來實現(xiàn)。同時，設置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率和記錄時間，以確保能夠準確記錄沖擊過程中的力學響應。
步驟四、沖擊測試：啟動落錘沖擊系統(tǒng)，讓沖擊器從設定高度自由落體沖擊試樣，記錄沖擊過程中的力-時間曲線和能量-時間曲線。
步驟五、結果記錄與分析：測試完成后，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取沖擊力、能量吸收、變形等參數(shù)，分析試樣的力學響應和失效模式。同時，利用有限元仿真模型對實驗結果進行驗證和補充分析，深入探究連續(xù)碳纖維增強3D打印蜂窩結構在沖擊載荷下的力學行為。
步驟六、對比實驗：為了更好地展示連續(xù)碳纖維增強蜂窩的抗沖擊性能，將增強蜂窩與未增強蜂窩的實驗結果進行對比，保持蜂窩結構相對密度一致，分析連續(xù)碳纖維增強對蜂窩結構抗沖擊性能的提升效果。
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