基于3D打印制备丝瓜络仿生夹芯材料的缓冲性能研究

发布时间：2020-12-09 08:36

　　丝瓜络具有优异的力学性能,受此启发设计出丝瓜络仿生夹芯结构。以热塑性聚氨酯为原料,采用3D打印技术制备丝瓜络仿生夹芯材料,并进行静态压缩实验与有限元仿真。研究了丝瓜络仿生夹芯结构在静态载荷作用下的变形情况以及缓冲性能,并进行响应面分析获得最佳设计参数。结果表明,壁板折叠角度(θ)对缓冲性能影响不大,通过降低壁板长度(a)可有效提升缓冲性能。 

【文章来源】：塑料工业. 2020年07期 第65-69页 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

丝瓜络基本组成结构

本研究基于RVE(特征单元)构建仿生结构，每个RVE模型一共包含三个层级，分别命名为一级、二级、和三级其中一级只包含一块壁板，对应着a;二级包含两块壁板，对应着b1和b2;三级包含四块壁板，对应着c1、c2、c3和c4。每一级都在上一级的基础上旋转θ角度，同一级之间的夹角为2θ。其中REV的长和宽分别对应着l和w，且l>l2>l1，其中a、b、c、l、w代表长度，θ代表折叠角度，其中a=b1=b2。在此，以15°折叠角和壁板长度6 mm进行设计说明。1.4 样品制备

本研究采用施加位移方式控制上离散刚体挤压TPU模型，实现模拟准静态压缩过程。上离散刚体只在y方向可以自由移动，在x和z两个方向施加位移约束，同时约束三个方向的旋转自由度，确保模型在压缩过程当中，刚体不发生转动。下离散刚体采用完全固定方式约束刚体，即完全固定三个坐标轴方向的位移自由度与三个坐标轴方向转动自由度。所有载荷与约束施加到刚体上的参考点，方便在后期确定刚体区域。为保证仿真TPU模型在受压过程中初始和结束状态为准静态，避兔压板初始和终止加速度对仿真产生影响，采用平滑幅值方式控制上压板位移与时间关系，上压板平均载荷速度为1 m/s以达到准静态结果[16]。在实验当中对网格敏感度进行分析，结果表明TPU模型网格尺寸设置为1 mm，约束刚体设置为2 mm，能够平衡计算精度和计算效率，可以有效避免结果中应力奇异现象。上、下离散刚性体选用R3D4单元，由于是规则的平面，所以选择四边形网格进行划分，一共得到280个单元。TPU模型选择S4R单元，选择壳单元，一共得到6 840个单元。2 结果与讨论

【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印连续芳纶纤维/聚乳酸波纹夹层结构复合材料的压缩性能研究[J]. 刘良强,肖学良,董科,钱坤,周红涛.  塑料工业. 2020(01)
[2]静态载荷下丝瓜络的能量吸收性能研究[J]. 谢勇,刘林,高亚芳,张诗浩.  包装学报. 2017(06)
[3]熔融沉积(FDM) 3D打印成形件的力学性能实验研究[J]. 高士友,黎宇航,周野飞,陆鑫,董齐,王宾,赵静梅,肖雨晨.  塑性工程学报. 2017(01)
[4]热塑性聚氨酯弹性体力学性能和流变性能的研究[J]. 韩海军,丁雪佳,张丽娟,张德强,褚文娟,袁圆.  塑料工业. 2010(S1)



本文编号：2906603