考虑界面模量退化的激光烧结梯度层状复合材料弯曲刚度修正模型

《Scientific Reports》：From arithmetic-sequence gradient architectures to interfacial-modulus-corrected bending models in laser-sintered laminates

　　

摘要

通过等差序列堆叠工艺制备了具有慢速、中速和快速梯度过渡的激光烧结316L/CuSn10层状复合材料。经典层状板理论预测所有构型的弹性弯曲刚度几乎相同（差异＜1%）。然而，三点弯曲试验揭示了显著的梯度速率依赖性：中速梯度构型的最大弯曲载荷最高（837.850 N），分别比慢速梯度构型（412.247 N）和快速梯度构型（540.714 N）高出约103%和约55%。实验测得的单位宽度弯曲刚度也差异显著（慢速：59,851 N·mm；中速：136,249 N·mm；快速：94,375 N·mm），这与经典理论预测相矛盾。这一偏差揭示了经典层状板理论的根本局限性——其忽略了激光烧结过程中产生的界面模量退化效应。针对这一问题，本文建立了一种修正的弯曲刚度模型，纳入了界面过渡区内弹性模量的衰减效应以及由梯度分布控制的弱化因子。该修正模型定量重现了实验弯曲刚度数值及其排序（中速＞快速＞慢速）。这些结果为通过梯度序列设计调控激光烧结多材料层状复合材料的弹性行为提供了定量框架。