3D打印过程中的各种打印工艺参数的设置，包括打印层厚、打印速度、填充结构、填充角度及填充密度等，都会对3D打印复合结构的力学性能产生影响，同时也会影响3D打印复合结构的打印时间和制作成本。打印工艺参数的设置通过影响3D打印复合结构的界面强度、相邻丝材、相邻层间结构的附着力，最终影响整个结构的强度及表面质量。

研究背景及意义与国内外研究现状

3D打印复合结构实质上是含孔隙的，且存在层间界面，使得其在使用过程中易发生断裂，所以对于3D打印复合结构断裂性能的研究很有必要。

之后对国内外研究现状进行阐述，主要包括两方面：

1. 3D打印复合结构断裂性能研究现状
2. 不同打印工艺参数对3D打印复合结构断裂性能影响的研究现状

边界效应模型介绍

对边界效应模型作以简要介绍，通过对试件做单边缺口三点弯曲试验后，将断裂的峰值载荷$P_{max}$、试件的几何尺寸以及结构特征参数$C_{ch}$带入BEM，就可以直接获得试件的拉伸强度$f_t$和断裂韧性$K_{IC}$。

实验过程与结果分析

1. 试件制备与试验
   • 对3D打印试件的具体成型过程进行阐述，制备了3D打印单边缺口三点弯曲试件和拉伸试件。
   • 制备三种不同尺寸类型的单边缺口三点弯曲相似几何试件，对于每组试件预制不同的初始裂纹长度$a_0$。对所有试件进行三点弯曲试验，观测其断面，测量裂纹扩展长度$a_{fic}$。
   • 将三种相似几何试件的试验数据分别用边界效应模型进行统一分析，得出其拉伸强度$f_t$，与在同一工艺参数设置下制备的拉伸试件通过直接拉伸试验得出的拉伸强度值$f_t$进行比较，进一步说明基于BEM来研究3D打印复合结构的断裂性能更为简便。
2. 打印参数变化试验
   • 改变3D打印构件的打印参数，通过控制变量法，每次改变一个参数，其余参数保持不变。分别改变打印层厚（0.1mm、0.2mm和0.25mm）、填充角度（45°/135°与0°/90°）以及填充结构（直线结构与蜂窝结构），打印制作单边缺口三点弯曲试件，对其进行试验，得出各自的断裂峰值载荷$P_{max}$和扩展裂纹长度$a_{fic}$。
   • 对试件断面分别进行观测，得出各个参数变化下的结构特征参数$C_{ch}$，将相关参数带入BEM计算3D打印试件的拉伸强度$f_t$和断裂韧性$K_{IC}$。
   • 对同一工艺参数设定下打印制作拉伸试件做直接拉伸试验，得出拉伸强度$f_t$，将两种方法得到的$f_t$进行对比分析，进一步说明BEM是一种更方便的方法可以用来研究3D打印复合结构的断裂性能，并分析不同的打印参数对3D打印试件断裂性能的影响。

边界效应模型优势与应用

对于各种材料力学性能的研究，大部分学者采用的都是基于各向同性、均质材料的经典线性弹性断裂模型（LEFM）或材料强度（SoM）准则。但是对于类似于碳纤维、竹子、混凝土和砖墙等这些非均质材料的准脆性断裂研究，其断裂性能受微观结构的影响，本文采用边界效应模型对3D打印复合结构的断裂性能进行研究。

该模型不但可以研究结构的非线弹性断裂，还可以研究结构的线弹性断裂，且对于任意几何形状的试件（相似几何试件、非相似几何试件）均适用。通过制作单边缺口三点弯曲试件，对其进行试验，得到峰值载荷$P_{max}$，然后通过观测试件的裂尖损伤区形式得到其裂纹扩展长度$a_{fic}$，进一步确定材料的结构特征参数$C_{ch}$。将试件的几何尺寸、峰值载荷$P_{max}$及结构特征参数$C_{ch}$带入BEM，直接得到材料的拉伸强度$f_t$和断裂韧性$K_{IC}$。而且基于BEM也可以由确定的材料的拉伸强度$f_t$和断裂韧性$K_{IC}$来预测结构的极限承载力，建立完整的结构破坏曲线，对于实际的工程断裂研究具有重要指导意义。

三点弯曲试验中的裂尖损伤区

在三点弯曲试验中，随着在试件跨中位置施加的载荷的单调递增，会沿着试件预先预制的初始裂纹尖端位置产生任意形状的裂尖损伤区，并且损伤区的分布是随机的，大小、形状及裂尖孔隙率均不一致。在混凝土材料中，裂纹扩展会通过穿越内部的骨料单元一步步实现。

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