A modified equally-spaced method (MEQS) for fibre placement in additive manufacturing of topology-optimised continuous carbon fibre-reinforced polymer composite structures

偏移量(计算机科学) 复合数 刚度 有限元法 材料科学 复合材料 结构工程 拓扑(电路) 数学 计算机科学 工程类 组合数学 程序设计语言
作者
Shuai Wang,Haoqi Zhang,Aonan Li,Junaid Qayyum,Yongxing Wang,Zhelong He,Jie Liu,Dongmin Yang
出处
期刊:Composite Structures [Elsevier]
卷期号:335: 117998-117998
标识
DOI:10.1016/j.compstruct.2024.117998
摘要

This study proposes a modified equally-spaced (MEQS) method for the path design of continuous fibres in additive manufacturing (AM) of topologically optimised composite structures. The MEQS method addresses the low fibre infill rate issue of the traditional Equally-Spaced (EQS) method by utilising the Offset method to generate looped printing paths around the internal cavities and gaps between continuous fibre paths. The developed MEQS method was first illustrated against EQS and Offset methods using an open-hole composite plate in which topology and material orientation were simultaneously optimised using the discrete–continuous parameterisation (DCP) method. Actual printing path-based finite element modelling showed that the MEQS method achieves a 25.32% increase in stiffness compared to the Offset method. Experimental testing of the additively manufactured open-hole composite plates showed that the MEQS method improves the stiffness and strength by 15.52% and 27.38%, respectively, compared to the Offset method. The proposed MEQS was further demonstrated through two other case studies by finite element modelling, showing that the stiffness of MEQS has increased by an average of 66.71% and 14.95% compared to EQS and Offset, respectively.

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