金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法.pdfVIP

第56卷第7期力学学报Vol.56,No.7

2024年7月ChineseJournalofTheoreticalandAppliedMechanicsJul.,2024

数据驱动的结构设计专题

金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法

廉艳平*,t,2)李明健*高汝鑫*

于飞*

*(北京理工大学先进结构技术研究院，北京100081)

+(北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室，北京100081)

摘要金属增材制造是一种先进的数字化制造技术，在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而，

其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷，导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差，驱需发展

考虑真实材料微观组织和缺陷的力学性能高效预测方法.针对该问题，发展了晶体塑性有限胞元-自洽聚类分析

方法，包括离线数据准备和在线快速计算两个阶段.其中，在离线阶段，采用晶体塑性有限胞元法和聚类算法建

立实际微观组织代表体元离散数据；在线阶段，采用基于加权余量-子域法的自洽聚类分析和考虑Hall-Petch效

应的晶体塑性模型求解了代表体元问题的Lippmann-Schwinger方程，进而通过应力应变均匀化获得材料的宏

观等效力学性能.通过理想及含不规则孔隙的多晶算例验证了所提出方法的计算精度及高效性；进一步，采用

该方法研究了激光选区熔融增材制造IN625合金力学性能，并揭示了工艺参数对其力学性能的影响.结果表明，

文章工作为金属增材制造成形材料力学性能预测提供了一种高效的计算方法

关键词数据驱动方法，自洽聚类分析，晶体塑性，有限胞元，增材制造

中图分类号：063文献标识码：Adoi:10.6052/0459-1879-23-624

CRYSTALPLASTICITYFINITECELLSELF-CONSISTENTCLUSTERINGANALYSIS

METHODFORMETALADDITIVEMANUFACTURING!)

YuFei*LiMingjian*GaoRuxin

LianYanping*,f,2)

(InstituteofAdvancedStructureTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)

t(BejingKeyLaboratoryofLightweightMulti-FunctionalCompositeMaterialsandStructures,BeijingInstiuteof

Technology,Beijing100081,China)

AbstractMetaladditivemanufacturing(AM)isanadvanceddigitalmanufacturingtechnologywithdistinctive

advantagesintherapidfabricationofintricateandhigh-performanceparts.However,therearedeviationsbetweenthe

mechanicalpropertiesoftheas-builtmaterialandtheirintendeddesigncounterpartsduetoth