多尺度几何不连续性对增材制造Ti6Al4V材料疲劳性能影响的评估

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Assessment of the Effect of Multiscale Geometrical Discontinuities on Fatigue Performance of Additively Manufactured Ti6Al4V

增材制造Ti6Al4V零件的几何不连续性（微/宏观）对疲劳性能影响及统一寿命预测方法研究。采用修正的Chaboche本构模型与有限元法计算局部应力应变，结合Smith-Watson-Topper方法建立考虑表面处理、微观和宏观几何缺陷的寿命预测模型，并通过大数据验证。

　　

摘要

对于增材制造（AM）部件而言，不同尺度几何不连续性对其疲劳性能的定量影响尚未得到充分理解。本文系统研究了AM Ti6Al4V材料中存在的各种尺度几何不连续性，并提出了一种统一的寿命预测方法以考虑这些几何不连续性的影响。孔隙对疲劳性能的影响与微观结构是相互独立的。为了更好地描述AM Ti6Al4V材料，改进了Chaboche循环弹塑性本构模型，并采用了混合非线性硬化规则。疲劳寿命的预测基于有限元（FEM）计算得到的局部应力和应变；同时，还提出了一种基于Smith–Watson–Topper（SWT）方法的寿命预测技术，该方法考虑了加工表面、微观尺度缺口和宏观尺度缺口的影响。所提出的疲劳寿命预测方法通过大量疲劳试验数据进行了验证。