选区激光熔化Inconel 625疲劳裂纹扩展行为研究
发布时间：2024-12-10 23:15
选区激光熔化技术已受到航空航天领域的极大关注,可用于打印镍基高温合金结构。针对激光增材制造的高温合金的性能的研究,目前主要集中于微观组织优化调控以及与传统工艺材料力学性能的对比,较少涉及材料的疲劳性能研究,尤其在考虑载荷特征对疲劳性能影响研究,这将有利于增材制造新技术的工程结构应用。当前,针对选区激光熔化的Inconel 625材料的疲劳裂纹扩展行为的研究还十分缺乏。由于增材制造材料典型的缺陷敏感性,基于传统疲劳与断裂力学的认识,材料的疲劳裂纹扩展行为显得极为重要。为了研究选区激光熔化Inconel 625室温环境下的疲劳裂纹扩展行为,本文从应力比,过载和材料打印方向等方面开展研究。通过对试验数据进行分析,得到选区激光熔化Inconel 625的疲劳裂纹扩展规律。借助扫描电子显微镜,从微观机理层面对疲劳裂纹扩展行为进行研究。再次,根据多种应力比条件下的试验数据,从两种不同的角度分别建立了适用性较好的裂纹扩展模型。最后,给出了一种薄壁高温燃烧室结构的热应力裂纹扩展数值模拟方法。本文的主要结论如下:1.针对两种打印方向（ST-90°和ST-90°⊥）的选区激光熔化Inconel 625紧凑拉...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 SLM成形原理
1.3 国内外研究现状
1.3.1 SLM成形技术的发展现状
1.3.1.1 国外SLM技术在航空(飞行器设计)领域和其他方面的发展
1.3.1.2 国内SLM技术的发展
1.3.2 AM镍基高温合金微观机理研究现状
1.3.3 AM镍基高温合金疲劳裂纹扩展行为研究现状
1.3.4 裂纹扩展模型研究现状
1.3.4.1 Paris模型及其修正模型
1.3.4.2 裂纹闭合模型
1.3.4.3 针对镍基高温合金的裂纹扩展模型
1.3.5 裂纹扩展模拟研究现状
1.4 本文主要工作
第二章 SLM Inconel625 室温环境疲劳裂纹扩展试验
2.1 试验材料
2.2 疲劳裂纹扩展试样
2.3 疲劳裂纹扩展试验
2.3.1 裂纹的预制
2.3.2 裂纹长度的监测方法
2.3.3 室温疲劳裂纹扩展速率的测定
2.3.4 门槛值ΔKth的测定
2.3.5 Paris区域的裂纹扩展
2.3.6 室温疲劳裂纹扩展试验步骤
2.4 金相组织的分析
2.5 断口特征观察
第三章 SLM Inconel625 在应力比影响下的FCG行为
3.1 不同应力比条件下FCG试验结果与分析
3.1.1 不同应力比条件下FCG试验数据结果
3.1.2 FCG试验数据结果的分析
3.1.2.1 材料取向对FCG行为的影响
3.1.2.2 应力比对FCG行为的影响
3.2 断口分析
3.2.1 宏观断口分析
3.2.2 近门槛值区域微观断口分析
3.2.3 Paris区域微观断口分析
3.2.4 瞬断区域微观断口分析
3.3 裂纹扩展路径
3.3.1 门槛值区域裂纹扩展路径
3.3.2 Paris区域裂纹扩展路径
3.4 本章小结
第四章 SLM Inconel625 在过载作用下的FCG行为
4.1 过载作用下FCG试验结果与分析
4.1.1 过载作用下FCG试验结果
4.1.2 过载迟滞的机理分析
4.1.2.1 塑性区域尺寸
4.1.2.2 过载疲劳裂纹扩展微观断口形貌
4.1.2.3 过载疲劳裂纹扩展路径
4.2 本章小结
第五章 考虑应力比影响的疲劳裂纹扩展速率模型
5.1 引言
5.2 基于Paris公式的修正模型
5.2.1 Paris模型的验证以及参数拟合
5.2.2 Paris统一修正模型建立
5.2.2.1 考虑应力比对Paris模型修正
5.2.2.2 考虑裂纹闭合效应建立Paris统一修正模型
5.2.3 模型的论证
5.2.3.1 基于本文试验数据的论证
5.2.3.1.1 模型参数的确定
5.2.3.1.2 预测精度验证
5.2.3.2 基于文献数据的论证
5.2.3.2.1 模型参数
5.2.3.2.2 预测结果
5.3 FCG驱动力模型
5.3.1 模型的建立
5.3.2 基于本文试验数据的论证
5.3.3 基于文献试验数据的论证
5.4 本章小结
第六章 某薄壁冲压发动机燃烧室结构裂纹扩展模拟研究
6.1 引言
6.2 计算软件简介
6.3 FRANC3D软件介绍
6.4 FRANC3D裂纹扩展计算流程
6.5 FRANC3D软件计算精度验证
6.6 冲压发动机燃烧室裂纹扩展模拟
6.6.1 燃烧室热-弹性应力分析
6.6.2 FRANC3D裂纹扩展分析
6.7 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
发表论文、专利和参加科研情况说明
一、攻读硕士学位期间发表的论文
二、攻读硕士学位期间申请的专利
三、攻读硕士学位期间获奖情况
四、攻读硕士学位期间参与的课题项目
致谢
本文编号：4015811
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 SLM成形原理
1.3 国内外研究现状
1.3.1 SLM成形技术的发展现状
1.3.1.1 国外SLM技术在航空(飞行器设计)领域和其他方面的发展
1.3.1.2 国内SLM技术的发展
1.3.2 AM镍基高温合金微观机理研究现状
1.3.3 AM镍基高温合金疲劳裂纹扩展行为研究现状
1.3.4 裂纹扩展模型研究现状
1.3.4.1 Paris模型及其修正模型
1.3.4.2 裂纹闭合模型
1.3.4.3 针对镍基高温合金的裂纹扩展模型
1.3.5 裂纹扩展模拟研究现状
1.4 本文主要工作
第二章 SLM Inconel625 室温环境疲劳裂纹扩展试验
2.1 试验材料
2.2 疲劳裂纹扩展试样
2.3 疲劳裂纹扩展试验
2.3.1 裂纹的预制
2.3.2 裂纹长度的监测方法
2.3.3 室温疲劳裂纹扩展速率的测定
2.3.4 门槛值ΔKth的测定
2.3.5 Paris区域的裂纹扩展
2.3.6 室温疲劳裂纹扩展试验步骤
2.4 金相组织的分析
2.5 断口特征观察
第三章 SLM Inconel625 在应力比影响下的FCG行为
3.1 不同应力比条件下FCG试验结果与分析
3.1.1 不同应力比条件下FCG试验数据结果
3.1.2 FCG试验数据结果的分析
3.1.2.1 材料取向对FCG行为的影响
3.1.2.2 应力比对FCG行为的影响
3.2 断口分析
3.2.1 宏观断口分析
3.2.2 近门槛值区域微观断口分析
3.2.3 Paris区域微观断口分析
3.2.4 瞬断区域微观断口分析
3.3 裂纹扩展路径
3.3.1 门槛值区域裂纹扩展路径
3.3.2 Paris区域裂纹扩展路径
3.4 本章小结
第四章 SLM Inconel625 在过载作用下的FCG行为
4.1 过载作用下FCG试验结果与分析
4.1.1 过载作用下FCG试验结果
4.1.2 过载迟滞的机理分析
4.1.2.1 塑性区域尺寸
4.1.2.2 过载疲劳裂纹扩展微观断口形貌
4.1.2.3 过载疲劳裂纹扩展路径
4.2 本章小结
第五章 考虑应力比影响的疲劳裂纹扩展速率模型
5.1 引言
5.2 基于Paris公式的修正模型
5.2.1 Paris模型的验证以及参数拟合
5.2.2 Paris统一修正模型建立
5.2.2.1 考虑应力比对Paris模型修正
5.2.2.2 考虑裂纹闭合效应建立Paris统一修正模型
5.2.3 模型的论证
5.2.3.1 基于本文试验数据的论证
5.2.3.1.1 模型参数的确定
5.2.3.1.2 预测精度验证
5.2.3.2 基于文献数据的论证
5.2.3.2.1 模型参数
5.2.3.2.2 预测结果
5.3 FCG驱动力模型
5.3.1 模型的建立
5.3.2 基于本文试验数据的论证
5.3.3 基于文献试验数据的论证
5.4 本章小结
第六章 某薄壁冲压发动机燃烧室结构裂纹扩展模拟研究
6.1 引言
6.2 计算软件简介
6.3 FRANC3D软件介绍
6.4 FRANC3D裂纹扩展计算流程
6.5 FRANC3D软件计算精度验证
6.6 冲压发动机燃烧室裂纹扩展模拟
6.6.1 燃烧室热-弹性应力分析
6.6.2 FRANC3D裂纹扩展分析
6.7 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
发表论文、专利和参加科研情况说明
一、攻读硕士学位期间发表的论文
二、攻读硕士学位期间申请的专利
三、攻读硕士学位期间获奖情况
四、攻读硕士学位期间参与的课题项目
致谢
本文编号：4015811
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