含孔隙三维打印样品的单轴压缩：实验室测量与有效介质理论预测的对比
地球物理
2023-10-24 v1 应用物理
摘要
3D 打印技术提供了制备具有精确定义微结构的合成样品的可能性。如有效介质理论（EMT）所示，孔隙的形状、取向和尺寸显著影响固体的整体弹性响应。通过对二十种包含不同几何形状孔隙的 3D 打印样品进行单轴压缩试验，我们检验了测得的有效弹性是否能被 EMT 准确预测。为制造样品，我们选择了使用不同技术的打印机：熔融沉积建模（FDM）和立体光固化（SLA）。我们展示了打印机设置（FDM 情况）或样品固化时间（SLA 情况）如何影响测得的性质。我们还检验了相同设计样品上弹性试验的可重复性。为获得理论预测的范围，我们假设均匀应变或均匀应力。我们对两百多个样品的研究表明，若考虑特定的打印规范和样品设计因素，使用 FDM 和 SLA 方法测得的有效弹性模量均可拟合 EMT 预测，误差小于 5%。值得注意的是，我们发现设计样品的孔隙体积分数应高于 1% 以产生可测量的软化效应，但低于 5% 才能产生符合样品测得弹性性质的准确 EMT 估计。我们的结果既凸显了 EMT 在预测低孔隙体积分数微结构构型固体有效性质方面的优势，也揭示了其对高孔隙率微结构的局限性。
引用
@article{arxiv.2310.13956,
title = {Uniaxial compression of 3D printed samples with voids: laboratory measurements compared with predictions from Effective Medium Theory},
author = {Filip P. Adamus and Ashley Stanton-Yonge and Thomas M. Mitchell and David Healy and Philip G. Meredith},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.13956},
year = {2023}
}
备注
43 pages, 19 figs, 9 tables