Экспериментальное и численное исследование трехточечного изгиба для углеродных сэндвич-структур с пяти типами сердечников из PLA, напечатанных методом FDM

Углеродные сэндвич-структуры с различными формами сердечников привлекают значительное внимание в различных отраслях, особенно в мезонинных конструкциях, благодаря разнообразию механических свойств и низкой массе. В настоящей работе исследованы способности к поглощению энергии углеродного сэндвича с пятью различными геометриями сердечников из PLA (соты, X-образный, трубчатый полый, треугольный и трубчатый цельный), изготовленных методом послойного наплавления (FDM). Изгибные свойства образцов проанализированы испытанием на трехточечный изгиб в соответствии со стандартом ASTM C393. Сэндвич-композит с трубчатым цельным сердечником выдержал максимальную нагрузку 1178 N и продемонстрировал наивысшую прочность на изгиб 100.97 MPa и поглощение энергии 9.95 J за счёт длинного плато, наблюдаемого в кривой трехточечного изгиба по сравнению с другими сэндвич-структурами. X-образный сердечник достиг максимальной нагрузки 760 N на небольшом участке перемещения из-за уплотнения. Каждая элементарная ячейка сердечника проявляла различное поведение на кривой сила–перемещение. Установлено, что треугольная и трубчатая полая ячейки разрушались поодиночке на заключительной стадии деформации по сравнению с другими структурами; такое индивидуальное разрушение ячеек влияет на изгибную жёсткость. Для валидации поведения деформации углеродных сэндвич-структур с пятью разными сердечниками и сравнения с экспериментальными результатами использовался ANSYS Workbench 2024.