3D打印TPU材料的力學(xué)性能及模型參數(shù)研究

編號：CYYJ03651

篇名：3D打印TPU材料的力學(xué)性能及模型參數(shù)研究

作者：謝博偉 金莫輝 楊洲 段潔利 屈明宇 李錦輝

關(guān)鍵詞： 柔順機構(gòu)設(shè)計 有限元仿真 3D打印 熱塑性聚氨酯材料 非線性分析

機構(gòu)： 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室 廣東海洋大學(xué)機械工程學(xué)院

摘要： 為了解決柔順機構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計過程中試驗及性能驗證困難的問題,采用3D打印技術(shù)對熱塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)材料的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗研究。分析了材料硬度和打印填充率對TPU材料力學(xué)性能的影響,獲得了TPU材料較佳的3D打印參數(shù)。進(jìn)行單因素和兩因素試驗并結(jié)合方差分析,確定了顯著影響TPU試樣柔性的主次因素分別為TPU材料硬度和打印填充率。結(jié)合TPU材料的力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù),得到了Mooney-Rivlin、Yeoh、Ogden、Valanis-Landel等4種常用超彈性材料本構(gòu)模型的材料參數(shù)與材料硬度、打印填充率之間的映射關(guān)系。研究表明:隨著TPU材料硬度和打印填充率增大,試樣的柔性減弱;在4種超彈性模型中,Ogden模型對于不同打印參數(shù)下的TPU試樣都具有較好的力學(xué)性能預(yù)測效果;4種模型在相同TPU硬度、不同打印填充率下的預(yù)測效果沒有明顯差別。研究結(jié)果可以為TPU材料的3D打印和有限元仿真分析提供參考,為柔順機構(gòu)在設(shè)計過程中的試驗、性能驗證及樣件制作提供可靠的技術(shù)支撐。