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基于X射线断层成像技术的含多缺陷选区激光熔化AlSi10Mg合金疲劳扩展寿命模拟

增材制造,缺陷评价,响应面法,X射线三维成像,扩展寿命预测

增材成形过程引入的固有缺陷控制材料疲劳抗力，并导致疲劳寿命离散性加剧。高循环载荷作用下，增材成形合金在类裂纹状未熔合缺陷诱导下常以多裂纹协同扩展模式失效。本文以激光选区熔化（SLM）成形AlSi10Mg合金为研究对象，由裂纹源缺陷规则化方法确定初始疲劳长裂纹形貌，结合响应面法快速、连续获取裂纹前缘应力强度因子，进而建立考虑裂纹形貌演变的单裂纹扩展模型，并通过原位高周疲劳试验验证其准确性。据此，利用X射线计算机断层成像技术进一步构建描述竞争开裂效应的协同多裂纹扩展（CMP）模型。结果表明，所述单裂纹扩展模型可以有效预测疲劳裂纹形貌演变规律，且扩展寿命预测结果较为准确；新提出的CMP模型可有效模拟多疲劳裂纹扩展行为。与单裂纹模型相比，CMP模型考虑了危险截面所含全部初始缺陷，能提供更为保守的疲劳裂纹扩展寿命评估，且在多裂纹协同扩展失效模式下具有更大优势。上述单裂纹及多裂纹模型是一种保守且高效的疲劳性能评估方法，为支持和促进SLM材料的稳健设计及安全应用提供基础。