近日，能動學(xué)院葉輪機械流動控制及檢測技術(shù)團(tuán)隊碩士研究生郭昊函以第一作者身份在疲勞領(lǐng)域頂級期刊《國際疲勞雜志》（International Journal of Fatigue，中科院一區(qū)TOP）上發(fā)表了題為“多晶合金微觀疲勞裂紋擴展模型”（Microscopic fatigue crack propagation model for polycrystalline alloys）的研究成果。上海理工大學(xué)為第一單位，楊杰副教授為通訊作者。
據(jù)了解，疲勞是影響結(jié)構(gòu)壽命與可靠性的重要因素，80％以上的工程結(jié)構(gòu)破壞與疲勞有關(guān)。為了保障結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，需對結(jié)構(gòu)中材料的疲勞失效行為展開研究。在現(xiàn)有針對疲勞的研究中，較多是從宏觀尺度開展，鮮有基于微觀尺度的研究；而在現(xiàn)有基于微觀尺度的研究中，也僅能實現(xiàn)對單晶材料的微觀疲勞裂紋擴展模擬，尚不能實現(xiàn)多晶合金的微觀疲勞裂紋擴展模擬。
鑒于此，本研究以航空發(fā)動機常用材料GH4169合金為研究對象，將晶體塑性理論和擴展有限元相耦合，建立了基于各滑移系獨立累積剪切應(yīng)變的微觀多晶疲勞裂紋擴展（MPFCP）模型。模型首先對各滑移系的獨立累積剪切應(yīng)變進(jìn)行計算，然后選擇獨立累積剪切應(yīng)變最大的滑移系作為最活躍的滑移系，當(dāng)最活躍滑移系的獨立累積剪切應(yīng)變達(dá)到臨界剪切應(yīng)變時，裂紋向前擴展。利用建立的模型，準(zhǔn)確再現(xiàn)了單邊裂紋微觀試樣（M-SENT）和中心裂紋微觀試樣（M-CCT）的疲勞裂紋擴展行為。此外，通過微觀多晶疲勞裂紋擴展模型所得到的結(jié)構(gòu)壽命可通過縮放系數(shù)與結(jié)構(gòu)實際壽命進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可快速、準(zhǔn)確的完成對結(jié)構(gòu)實際壽命的預(yù)測。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金（51975378）和上海市浦江人才（21PJD047）的資助。
MPFCP模型得到的多晶合金微觀疲勞裂紋擴展行為與實驗結(jié)果的對比
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2023.107526
供稿：能動學(xué)院
