尼龙粉体中碳纤维超声辅助定向排布离散元模拟研究

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尼龙粉体中碳纤维超声辅助定向排布离散元模拟研究
碳纤维增强尼龙复合粉体材料的选择性激光烧结(SLS)是增材制造中的一种新技术。实现碳纤维在铺粉过程中的分层定向排布,使烧结件具有类似“编织”的微观结构,从而获得较好的力学性能,是该技术目前的主要突破点。
本文提出了一种尼龙粉体中超声振动辅助碳纤维定向排布的工艺方法,采用离散元法模拟了该工艺过程,并进行了初步试验验证,探讨超声振动的振动参数及碳纤维的长径比对碳纤维定向排布状态的影响规律。根据尼龙粉体和碳纤维的几何特征及微观力学性能,建立了碳纤维/尼龙粉体材料的超声振动体系的离散元模型;以简谐振动方程设置超声振动参数,模拟各振动条件下碳纤维/尼龙复合粉末层的运动过程,以定向频率和定向概率熵作为碳纤维排布状态及其有序性的评价指标,分析振幅、频率和振动时间,以及碳纤维长径比等因素对碳纤维排布状态及有序性的影响规律;在自建的实验台上初步验证了超声振动的振幅、频率以及振动时间对尼龙粉体中碳纤维定向排布的影响规律。
采用正交试验的方式对多种振动工艺过程进行数值模拟;研究碳纤维定向排布的产生机理,对各振动参数影响机制进行了探讨,结果表明,振幅对碳纤维有序 ...

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关键词：碳纤维 增材制造 正交试验 评价指标 数值模拟