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增材制造微结构演化及疲劳分散性计算

易敏 常珂 梁晨光 周留成 杨阳祎玮 易新 Baixiang Xu

易敏, 常珂, 梁晨光, 周留成, 杨阳祎玮, 易新, Baixiang Xu. 增材制造微结构演化及疲劳分散性计算[J]. 力学学报.
引用本文: 易敏, 常珂, 梁晨光, 周留成, 杨阳祎玮, 易新, Baixiang Xu. 增材制造微结构演化及疲劳分散性计算[J]. 力学学报.
COMPUTATIONAL STUDY OF EVOLUTION AND FATIGURE DISPERSITY OF MICROSTRUCUTRES BY ADDITIVE MANUFACTURING[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics.
Citation: COMPUTATIONAL STUDY OF EVOLUTION AND FATIGURE DISPERSITY OF MICROSTRUCUTRES BY ADDITIVE MANUFACTURING[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics.

增材制造微结构演化及疲劳分散性计算

基金项目: 国家级-国家海外高层次人才引进计划青年项目(无)

COMPUTATIONAL STUDY OF EVOLUTION AND FATIGURE DISPERSITY OF MICROSTRUCUTRES BY ADDITIVE MANUFACTURING

  • 摘要: 为了预测增材制造中工艺参数-微结构-力学性能之间的关联规律,提出了集成离散元、相场模拟、晶体塑性有限元和极值概率理论的计算方法,揭示了激光扫描速度对微结构演化、屈服应力和疲劳分散性的影响。首先,采用离散元实现了重力作用下粉床在已凝固层表面上的逐层铺设;其次,通过热-熔体-微结构耦合的非等温相场模拟,获得了熔体、气孔、晶界、晶粒取向等的时空演化以及最终形成的多晶微结构;然后,应用晶体塑性有限元计算了增材制造多晶微结构的宏观力学响应,并得到表征疲劳裂纹萌生驱动力的疲劳指示参数(FIP);最后,采用极值概率理论分析了增材制造多晶微结构的FIP极值分布规律及疲劳分散性。以316L不锈钢选区激光熔化增材制造为例的计算结果表明:增材制造微结构的宏观屈服强度随激光扫描速度的增加而降低,且呈各向异性;FIP极值符合Gumbel极值分布规律,激光扫描速度增加可降低增材制造微结构疲劳分散性,但会导致FIP极值升高,使得疲劳裂纹萌生驱动力增加,疲劳寿命降低。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-12
  • 网络出版日期:  2021-09-14

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