技术摘要：
本发明公开了一种激光增材制造合金钢构件的疲劳寿命预测方法，该方法首先利用实验测量材料的力学性能参数，再利用有限元软件来实现激光增材制造合金钢构件的疲劳裂纹扩展行为和寿命预测。采用本发明提出的激光增材制造合金钢构件的疲劳裂纹扩展行为和疲劳寿命预测方法  全部
背景技术：
激光增材制造作为制造领域革命性的前沿技术，正在全球范围内受到极大关注并 快速发展。作为一种先进的制造技术，激光增材制造技术融合了计算机辅助设计、材料成型 加工等技术，运用烧结、熔融等方式制造出实体金属制品。区别于传统的减材(切削等)制造 方式，激光增材制造是通过金属材料的逐层累加成形的制造方法，因此可以减少产品的研 制周期，提高效率并降低成本。 但在激光增材制造过程中，制造的零件常会有气孔、熔合不良以及裂纹等缺陷，这 些缺陷目前很难在制造过程中完全消除，并且对零部件的服役有着至关重要的影响。因此， 研究这些缺陷在零部件服役过程中的影响很有必要，疲劳裂纹及疲劳寿命预测是将激光增 材制造件应用于工程实际较好的途径。 目前，疲劳裂纹扩展行为及疲劳寿命预测的研究集中于传统制造领域，在增材制 造领域具有很高的工程应用价值，
技术实现要素：
针对目前激光增材件由于自身问题无法在工程实际中全部应用，本发明的目的是 提供一种激光增材制造合金钢构件的疲劳寿命预测方法，该方法能够很好的研究疲劳裂纹 扩展行为和对零部件的寿命进行预测，从而将增材制造件应用于实际工程。本发明采用实 验与有限元相结合的方法，以更低的成本和较快捷的方式来实现增材制造件的疲劳裂纹扩 展行为和疲劳寿命预测，现有的研究手段需要依靠大量的数据和较为复杂的计算方法，本 发明充分利用有限元软件和较为简单的实验，可以实现从材料数据到疲劳裂纹扩展行为和 疲劳寿命预测整套分析计算。 本发明的技术方案如下： 一种激光增材制造合金钢构件的疲劳寿命预测方法，其特征在于：该方法首先利 用增材制造制备试样，通过实验测得试样的弹性模量、抗拉强度、Paris公式的常数C和m。在 ABAQUS软件中建立增材制造零部件的模型，进行静力求解，选择合适的预制裂纹和位置，利 用软件的扩展有限元程序求解应力强度因子。在正式计算零部件的应力强度因子之前，先 通过软件计算紧凑拉伸试件并与理论计算相比较验证该软件水平集法求解应力强度因子 的准确性。在求解出应力强度因子后，利用之前求得的Paris公式算出疲劳裂纹扩展速率。 将零部件的有限元模型和静力分析结果导入到MSC.Fatigue软件中，选择合适的疲劳分析 方法，创建载荷时间历程文件并将该载荷时间历程与有限元分析工况关联起来，再导入由 抗拉极限强度所得的材料S-N曲线，最后进行求解，计算出增材制造零部件的疲劳寿命云 图。具体包括如下步骤： 3 CN 111579397 A 说　明　书 2/4 页 (1)选取合适的增材制造工艺路线，制造出标准的拉伸试样和标准的CCT试样，对 其进行去应力热处理； (2)对标准拉伸试样进行拉伸实验，获得应力-应变数据，将其进行拟合成应力-应 变曲线，最后得出该材料的弹性模量E和抗拉强度UTS； (3)对标准的CCT试样进行疲劳裂纹扩展速率实验，获得单边裂纹长度a和对应的 疲劳循环次数N数据，利用七点多项式对其处理得到不同数据点处的疲劳裂纹扩展速率，利 用公式法对其处理得到不同数据点处的应力强度因子变化范围ΔK，将不同数据点处的疲 劳裂纹扩展速率和不同数据点处的应力强度因子变化范围ΔK这两组数据在对数坐标系中 进行线性拟合，得到疲劳裂纹扩展速率-应力强度因子变化范围的线性曲线，再对比Paris 模型公式求得该材料Paris模型中的参数C和m； (4)利用ABAQUS软件建立增材制造零部件的模型，对其进行静力求解，在求解结果 中寻找应力最大点，在该处预制合适的裂纹，利用ABAQUS软件的扩展有限元程序求解出预 制裂纹的一个载荷周期内的应力强度因子，再计算出一个载荷周期内的应力强度因子变化 范围ΔK，将应力强度因子变化范围ΔK代入到步骤(3)中的Paris模型公式中，即可求解出 该增材制造件的疲劳裂纹扩展速率； (5)将步骤(4)所得的有限元模型和静力分析结果导入到MSC.Fatigue软件中，创 建载荷时间历程文件，并将有限元工况与时间历程载荷关联起来，根据步骤(2)中所得到的 抗拉强度UTS求出材料的S-N曲线，将该曲线导入到软件中，最后进行求解即可得到该激光 增材制造件的疲劳寿命云图。 (6)上述步骤(1)所述去应力热处理工艺是升温至550℃保温3h，然后炉冷至300℃ 后转空冷。 本发明巧妙地将材料数据与有限元相结合，现有的分析研究手段需要依靠大量的 数据和较为复杂的计算方法，本发明充分利用有限元软件和较为简单的实验，可以实现从 材料数据到疲劳裂纹扩展行为和疲劳寿命预测整套分析计算。 附图说明 图1为拉伸试样的外形尺寸。 图2为拉伸试样的实物图。 图3为CCT试样的外形尺寸图。 图4为CCT试样的实物图。 图5为拉伸机实验装置。 图6为拉伸试样拉断后的实物图。 图7为三组拉伸试样的应力-应变图。 图8为拉伸试样1的拉伸曲线。 图9为疲劳裂纹扩展速率实验原理图。 图10为试样单边裂纹长度和对应的疲劳循环次数曲线图。 图11为试样不同数据点处的疲劳裂纹扩展速率曲线图。 图12为试样不同数据点处的应力强度因子变化范围曲线图。 图13为试样的应力强度因子变化范围-疲劳裂纹扩展速率曲线图。 4 CN 111579397 A 说　明　书 3/4 页 图14为构件的有限元模型和边界条件图。 图15为构件的有限元静力分析结果图。 图16为构件的预制裂纹示意图。 图17为构件一个载荷周期内的Ⅰ型应力强度因子K的变化图。 图18为12CrNi2的S-N曲线图。 图19为构件的疲劳寿命预测图。