铸造缺陷样本中尺度生物学 fatigue 寿命预测：基于能量的新型非局部模型
应用物理
2024-07-30 v1
摘要
研究由铸造缺陷引起的应力梯度驱动的疲劳失效，针对两种铸造的镍基超合金进行实验研究。实验结果揭示了与海绵状收缩相关的复杂损伤现象，其特征为材料中缺陷的复杂排列形成缺陷簇。多个裂纹从缺陷体积处萌生，沿晶面与相邻空洞表面相互结合。通过X射线计算机断层扫描对缺陷进行表征，并构建基于图像的数值有限元(FE)模型作为包含所有实际铸造缺陷的实验样本的数字化表征。在与实验条件相同的条件下对这些FE模型进行数值仿真，结果显示曲折形缺陷中存在细肋部，处于极高局部应力。这些细肋部引发早期裂纹，但由于受力体积有限，这些裂纹并不会决定材料的寿命。通过对仿真结果与实验结果的深入对比，开发了一种定义受力体积并处理小细肋部的原创方法。最终提出了一种基于能量的非局部模型，用于在尺度生物学层面预测含有铸造缺陷样本的疲劳寿命。该模型在不同孔隙率、尺寸和几何形状的样本上进行了验证，相较于实验结果，在误差系数为3以内均能准确预测疲劳寿命。该新方法通过考虑缺陷的形状和受力体积，推广了非局部方法在实际铸造缺陷中的应用，以估算疲劳性能。
引用
@article{arxiv.2407.19519,
title = {Fatigue life prediction at mesoscopic scale of samples containing casting defects: A novel energy based non-local model},
author = {Arjun Kalkur Matpadi Raghavendra and Vincent Maurel and Lionel Marcin and Henry Proudhon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.19519},
year = {2024}
}