隨著增材制造技術(shù)的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)在航空航天、汽車、建筑和醫(yī)療等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。熔融長絲制造（FFF）作為3D打印技術(shù)的重要分支，因其簡單易行、能夠制造復(fù)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(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、易加工性和可回收性，在工業(yè)應(yīng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)如蜂窩結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究仍處于探索階段。

蜂窩結(jié)構(gòu)作為一種典型的輕量化結(jié)構(gòu)，因其高比強度和優(yōu)異的力學(xué)性能，在航空航天和汽車領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。然而，蜂窩結(jié)構(gòu)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(xué)響應(yīng)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(xué)性能測試方法，能夠有效評估材料或結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的性能表現(xiàn)，為優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)的落錘沖擊性能，通過實驗和有限元模擬相結(jié)合的方法，深入探究其在沖擊載荷下的力學(xué)響應(yīng)和失效模式。

一、測試原理

落錘沖擊測試是一種常見的力學(xué)性能測試方法，用于評估材料或結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的力學(xué)響應(yīng)和失效模式。其基本原理是通過讓具有一定質(zhì)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(jié)構(gòu)進行沖擊測試，研究其在不同沖擊能量下的力學(xué)響應(yīng)和失效模式，為優(yōu)化3D打印工藝參數(shù)、提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊韌性提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

二、測試相關(guān)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(fù)合材料進行沖擊試驗的方法，適用于測定復(fù)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(dǎo)，分別適用于不同類型的沖擊試驗設(shè)備和試驗方法。

三、測試儀器

1、KZ-ITM-6350落錘沖擊試驗機

A、設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)樣件。

步驟二、試樣安裝：將制備好的蜂窩結(jié)構(gòu)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(shè)置：根據(jù)研究需求，設(shè)置不同的沖擊能量級別，通過調(diào)整沖擊器的下落高度來實現(xiàn)。同時，設(shè)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(xué)響應(yīng)。

步驟四、沖擊測試：啟動落錘沖擊系統(tǒng)，讓沖擊器從設(shè)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(jié)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(xué)響應(yīng)和失效模式。同時，利用有限元仿真模型對實驗結(jié)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(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的力學(xué)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(jié)果進行對比，保持蜂窩結(jié)構(gòu)相對密度一致，分析連續(xù)碳纖維增強對蜂窩結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的提升效果。

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