增材制造316钢高周疲劳性能的微观力学研究

由于增材制造逐层累积的工艺特点,其成形材料力学性能往往不同于传统减材制造材料.在航空航天、核工业以及医疗领域中,对增材制造材料疲劳性能的研究不足导致其很难作为主承力件使用,这制约着增材制造技术的进一步推广使用.本文以增材制造316钢为对象,通过仿真手段研究其高周疲劳性能,研究表明循环载荷下滑移带与晶界处的裂纹萌生是增材制造316钢材料发生高周疲劳的主要原因.根据提出的微观力学模型研究了增材制造316钢的高周疲劳性能,其中分别使用唯象学晶体塑性理论和弹塑性内聚力模型模拟晶粒和晶界的力学行为.为了准确评估增材制造316钢的高周疲劳性能,本文针对于晶粒和晶界分别采用Papadopoulos疲劳准则和一种基于安定性理论的介观疲劳准则同时考虑位错滑移和晶界对疲劳性能的影响.最后,为了验证所提微观力学模型的有效性,本文对比了增材制造316钢和轧制316钢高周疲劳性能的仿真结果.与实验结果相同,仿真结果显示增材制造316钢相较于轧制316钢具有更好的高周疲劳性能.

输出载荷精确控制的结构拓扑优化设计方法

随着飞行器性能的不断提高,其承载结构的设计也越来越复杂.通过优化设计载荷的传递方式,将载荷合理分配到承载结构上,对充分利用材料的承载潜力、减轻结构重量以及保证承载性能具有重要意义.为此本文提出了一种对输出载荷精确控制的结构拓扑优化设计方法,可在给定载荷输入和边界条件下根据设计要求实现输出位置载荷大小的精确可控.通过在载荷输出位置设置辅助杆单元,将输出载荷约束转化为更加直观并易于建模的杆单元节点位移约束并加以精确控制,结合结构柔顺度设计目标、整体材料体积约束,建立了基于密度变量的拓扑优化设计新模型.文章通过数值算例验证了所提方法的有效性,并同时研究了优化设计结果随材料用量、输出载荷约束区间以及输出载荷比例等因素变化的规律.