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利用计算机断层扫描数据预测选区激光熔化制造的AlSi10Mg合金的疲劳寿命

DOI：10.1016/j.addma.2019.100899 期刊：Additive Manufacturing 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 提出一种建模策略，通过以下步骤评估缺陷形貌对增材制造铝合金疲劳极限的影响：(i)获取材料的X射线显微计算机断层扫描(μ-CT)三维图像；(ii)计算每个独立孔隙的等效惯性椭圆；(iii)采用DSG方法建模缺陷对疲劳极限的影响；(iv)三维映射各独立缺陷的临界性。本疲劳研究采用次优沉积参数通过选择性激光熔化制备AlSi10Mg合金，以产生大尺寸未熔合缺陷。经T6热处理后，对加载轴平行或垂直于增材制造设备Z轴的试样进行R=-1的拉压疲劳试验。选取两个试样在μ-CT测试前进行表征以确定初始三维缺陷群特征。通过逐步加载疲劳试验测定各试样疲劳极限，随后用扫描电子显微镜(SEM)仔细观察断口以识别初始μ-CT图像中的临界缺陷。与疲劳试验结果对比得出以下结论：(i)当缺陷最长轴垂直于载荷轴时，将缺陷建模为等效惯性长椭球比简单等效球体更准确（疲劳极限误差5% vs 22%）；(ii)当缺陷最长轴沿载荷轴方向时，长椭球模型不适用，应改用扁椭球模型；(iii)复杂三维缺陷的"尺寸"概念应与惯性矩和载荷相关联；(iv)该分析表明表面缺陷比内部缺陷对疲劳寿命影响更显著；(v)可绘制全试样三维缺陷临界性图谱，直观显示对疲劳寿命最关键的缺陷位置。
作者： Yves Nadot，Carole Nadot-Martin，Wen Hao Kan，Sarah Boufadene，Matthew Foley，Julie Cairney，Gwéna?lle Proust，Lionel Ridosz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究并建立孔隙尺寸、形状、取向以及距自由表面距离对经T6热处理的SLM制备AlSi10Mg合金高周疲劳(HCF)寿命的影响模型。

研究成果

研究表明，缺陷形貌显著影响选区激光熔化制备的AlSi10Mg合金的疲劳寿命。结合DSG准则与显微CT成像技术，通过分析缺陷尺寸、形状、取向和位置，为预测疲劳寿命提供了有力工具。研究发现表面缺陷比内部缺陷更具危害性，并提出了三维缺陷临界性图谱以直观反馈缺陷危害程度。

研究不足

该研究的局限性包括：假设缺陷间无相互作用、采用线性弹性模型计算缺陷周围应力，以及难以精确模拟极其复杂的缺陷形态。

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