阳极氧化膜对铝合金疲劳裂纹萌生的影响

首先基于晶体塑性有限元理论选取有自由表面的统计体积单元建立晶粒聚集体,并在晶粒聚集体的自由表面上覆盖不同厚度的弹性各向同性介质,以表示阳极氧化形成的氧化膜;然后借助Fatemi-Socie疲劳指示参数来表征疲劳裂纹萌生驱动力,对3种应力水平下覆盖不同厚度氧化膜的晶粒聚集体的裂纹萌生驱动力极值进行统计分析。结果表明,低应力水平下氧化膜的约束作用会普遍降低铝合金基体的裂纹萌生驱动力,但随着应力水平的提高,覆盖氧化膜的晶粒聚集体的最高裂纹萌生驱动力逐渐超过了无氧化膜的晶粒聚集体。氧化膜厚度增大时,铝合金基体的裂纹萌生驱动力有所降低。当应力水平低于弹性极限时,由于氧化膜的约束作用,不仅铝合金基体的裂纹萌生驱动力会降低,铝合金基体的疲劳热点比例也会减小。

增材制造微结构演化及疲劳分散性计算

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.