基于连续碳纤维3D打印的结构拓扑优化及工艺研究

作     者：张荣耀 钱波 刘钢 ZHANG Rongyao;QIAN Bo;LIU Gang

作者机构：上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600 

出 版 物：《材料科学与工艺》 (Materials Science and Technology)

年 卷 期：2024年第32卷第1期

页      面：88-99页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51775328) 

主　　题：弹架悬臂 拓扑优化 连续碳纤维 3D打印 变密度法 

摘      要：本文利用3D打印技术制备了“椭圆形跑道样件来研究不同纤维角度和纤维层分布对样件机械性能的影响,并通过实验考察各种力学测试中样件的断裂模式。然后基于变密度的拓扑优化理论对三点弯曲梁、C形夹和弹架悬臂进行结构拓扑优化,并通过力学性能实验进行验证。结果表明,在所有的测试中都观察到样件具有各向异性的机械性能,其中纤维方向具有最高的强度和刚度,而跨层方向具有较低的强度和刚度。通过有限元分析和压缩试验表明,经过拓扑优化的连续碳纤维3D打印弹架悬臂结构能够经受住极端运行条件的考验。