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,亟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.

摘要：本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成:离线阶段,利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量,最终生成降阶模型;在线阶段,基于降阶模型求解离散的Lippmann-Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报,当聚类总数量为64时,与试验相比,压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%,但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间,即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时,其一次在线计算的时间仅为6 s,计算效率比传统有限元提升了104倍,在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域,有着广阔的应用前景。