基于多尺度模拟的选区激光熔化金属件疲劳性能预测

摘要

为研究金属选区激光熔化（SLM）工艺参数、成形件微结构及疲劳性能之间的关系，建立了“工艺-微结构-性能”三元多尺度数值模型。为了分析不同工艺参数下温度场、速度场和气孔缺陷的演化过程，研究了考虑反冲力等多物理场耦合现象的介观熔池动力学过程。利用熔池温度场数据，基于元胞自动机模型得到代表性体积元（RVE）的微观结构分布，并由此阐述了工艺参数对晶粒尺寸和缺陷特征的影响。利用应力强度因子评价了不同工艺参数下缺陷的危险程度，并预测了相应RVE的宏观疲劳强度。研究结果表明，所建立的多尺度模型有效预测了不同工艺参数下SLM金属构件的疲劳性能，可为SLM工艺参数优化提供参考。

关键词

选区激光熔化 / 气孔缺陷 / 熔池动力学 / 元胞自动机 / 疲劳性能

基金资助

国家自然科学基金（52075232）; 江苏省自然科学基金（BK20201112）