近日，上海理工大学能动学院叶轮机械流动控制及检测技术团队硕士研究生郭昊函以第一作者身份在疲劳领域顶级期刊《国际疲劳杂志》（International Journal of Fatigue，中科院一区TOP）上发表了题为“多晶合金微观疲劳裂纹扩展模型”的研究成果。上海理工大学为第一单位，杨杰副教授为通讯作者。
据了解，疲劳是影响结构寿命与可靠性的重要因素，80%以上的工程结构破坏与疲劳有关。为了保障结构的安全性和可靠性，需对结构中材料的疲劳失效行为展开研究。在现有针对疲劳的研究中，较多是从宏观尺度开展，鲜有基于微观尺度的研究；而在现有基于微观尺度的研究中，也仅能实现对单晶材料的微观疲劳裂纹扩展模拟，尚不能实现多晶合金的微观疲劳裂纹扩展模拟。
鉴于此，上理工团队以航空发动机常用材料GH4169合金为研究对象，将晶体塑性理论和扩展有限元相耦合，建立了基于各滑移系独立累积剪切应变的微观多晶疲劳裂纹扩展（MPFCP）模型。模型首先对各滑移系的独立累积剪切应变进行计算；然后选择独立累积剪切应变最大的滑移系作为最活跃的滑移系，当最活跃滑移系的独立累积剪切应变达到临界剪切应变时，裂纹向前扩展。利用建立的模型，准确再现了单边裂纹微观试样（M-SENT）和中心裂纹微观试样（M-CCT）的疲劳裂纹扩展行为。此外，通过微观多晶疲劳裂纹扩展模型所得到的结构寿命可通过缩放系数与结构实际寿命进行关联，可快速、准确地完成对结构实际寿命的预测。
来源：上海科技报 作者：吴苡婷
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