[发明专利]一种激光增材制造合金钢构件的疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一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，选择预制裂纹和位置，利用ABAQUS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ABAQUS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。

2.根据权利要求1所述的一种激光增材制造合金钢构件的疲劳预测方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下，

步骤(1)选取增材制造工艺路线，制造出标准的拉伸试样和标准的CCT试样，对CCT试样进行去应力热处理；

步骤(2)对标准拉伸试样进行拉伸实验，获得应力-应变数据，将应力-应变数据进行拟合成应力-应变曲线，最后得出弹性模量E和抗拉强度UTS；

步骤(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；

步骤(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，在应力最大点处预制裂纹，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，即求解出增材制造件的疲劳裂纹扩展速率；

步骤(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S-N曲线导入到ABAQUS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。

3.根据权利要求2所述的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：步骤(1)中的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。