Study on local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts

LIU Huan; XU Yingdong; LI Jian; ZHAO Xun; LIU Depu; WANG Zhiqiang; ZHOU Yingchao; FANG Lijia; CHEN Pei; LIU Qing; SHEN Chengjun

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.017

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-06-09

- Study on local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 6, Pages: 141-151(2025)
- 作者机构：
  
  1.航发优材（镇江）增材制造有限公司，镇江 212132］
  2.江苏大学能源与动力工程学院，镇江 212013
  3.江苏大学土木工程与力学学院结构健康管理研究院，镇江 212013
  4.江苏大学材料科学与工程学院，镇江 212013
  5.上海有色金属工业技术监测中心有限公司，上海 201804
- 作者简介：
  
  LI Jian, E-mail: lj66@ujs.edu.cn
- 基金信息：
  
  China Postdoctoral Science Foundation(2020M681496);National Natural Science Foundation of China(52105149)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.017
  CLC： O346.1
- Received：06 July 2023，
  
  Revised：23 November 2023，
  
  Published：15 June 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
刘欢，徐英东，李建，等. 3D打印钛合金缺口件局部循环塑性行为研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：141-151.

LIU Huan，XU Yingdong，LI Jian，et al. Study on local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：141-151.
刘欢，徐英东，李建，等. 3D打印钛合金缺口件局部循环塑性行为研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：141-151. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.017.

LIU Huan，XU Yingdong，LI Jian，et al. Study on local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：141-151. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.017.

摘要

为了研究3D打印钛合金缺口件局部循环塑性行为，首先，通过有限元法对缺口附近局部应力与应变场进行详细的分析，深入了解应力和应变场的演变，分析成型方向对结果的影响；其次，开展试验研究并针对成型方向对结果的影响进行分析。结果表明，缺口根部发生棘轮变形，L

方向的棘轮应变率最大，L

方向的棘轮应变率最小。成型方向对应力三轴度影响并不太明显，并且不同成型方向的弹性应变能几乎没有差别，但成型方向对塑性应变能影响很大。随着循环次数的增加，不同缺口半径的塑性应变能结果差别也越来越大。

Abstract

The main purpose was to study the local cyclic plastic behavior of 3D printed titanium alloy notched parts. Firstly

the local stress and strain field near the 3D printed titanium alloy notch was analyzed in detail by finite element method， and the evolution of stress and strain field was deeply investigated. Then

the experimental study was carried out and the influence of the forming direction on the results was analyzed. The results show that ratcheting deformation occurs at the notch root

with the maximum ratcheting strain rate in the L

direction and the minimum ratcheting strain rate in the L

direction. The influence of the forming direction on the stress triaxiality is not too obvious. The elastic strain energy of different forming directions is almost no difference. However

the forming direction has a great influence on the plastic strain energy. With the increase of the number of cycles

the difference of plastic strain energy results for different notch radii also becomes larger.

关键词

Keywords

references

张赛博，赵俊淞，李小海，等 . 金属3D打印技术的应用与发展前景［J］. 装备制造技术， 2022 （ 11 ）： 207 - 210 .

ZHANG Saibo ， ZHAO Junsong ， LI Xiaohai ， et al . Application and development prospect of metal 3D printing technology ［J］. Equipment Manufacturing Technology ， 2022 （ 11 ）： 207 - 210 . （In Chinese）

赵勇，林峰，田银俊 . 固体火箭发动机TC4构件的3D打印制造研究［J］. 推进技术， 2022 ， 43 （ 12 ）： 276 - 284 .

ZHAO Yong ， LIN Feng ， TIAN Yinjun . Research on 3D printing manufacture of TC4 component of solid rocket motor ［J］. Journal of Propulsion Technology ， 2022 ， 43 （ 12 ）： 276 - 284 . （In Chinese）

戚钊，王斌，张鹏，等 . 应力比对含缺陷选区激光熔化TC4合金稳态疲劳裂纹扩展速率的影响［J］. 金属学报， 2023 ， 59 （ 10 ）： 1411 - 1418 .

QI Zhao ， WANG Bin ， ZHANG Peng ， et al . Effects of stress ratio on the fatigue crack growth rate under steady state of selective laser melted TC4 alloy with defects ［J］. Acta Metallurgica Sinica ， 2023 ， 59 （ 10 ）： 1411 - 1418 . （In Chinese）

王屹祯，王湘田，侯荣国，等 . 磨料水射流喷丸强化3D打印TC4表面残余应力分布规律研究［J］. 工具技术， 2022 ， 56 （ 8 ）： 67 - 71 .

WANG Yizhen ， WANG Xiangtian ， HOU Rongguo ， et al . Study on surface residual stress distribution of 3D printing TC4 by abrasive waterjet shot peening ［J］. Tool Engineering ， 2022 ， 56 （ 8 ）： 67 - 71 . （In Chinese）

白亚雯，刘志超，程智明，等 . 3D打印CNTs/TC4复合材料微观结构及摩擦学性能研究［J］. 应用激光， 2020 ， 40 （ 3 ）： 399 - 403 .

BAI Yawen ， LIU Zhichao ， CHENG Zhiming ， et al . Study on microstructure and tribological properties of 3D printed CNTs/TC4 composites ［J］. Applied Laser ， 2020 ， 40 （ 3 ）： 399 - 403 . （In Chinese）

EDWARDS P ， RAMULU M . Fatigue performance evaluation of selective laser melted Ti-6Al-4V ［J］. Materials Science and Engineering A ， 2014 ， 598 ： 327 - 337 .

ZHAN Z X . Fatigue life calculation for TC4-TC11 titanium alloy specimens fabricated by laser melting deposition ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2018 ， 96 ： 114 - 122 .

王延荣，李宏新，袁善虎，等 . 考虑应力梯度的缺口疲劳寿命预测方法［J］. 航空动力学报， 2013 ， 28 （ 6 ）： 1208 - 1214 .

WANG Yanrong ， LI Hongxin ， YUAN Shanhu ， et al . Method for notched fatigue life prediction with stress gradient ［J］. Journal of Aerospace Power ， 2013 ， 28 （ 6 ）： 1208 - 1214 . （In Chinese）

苏娟华，周铁柱，任凤章，等 . 工业纯钛高温拉伸性能及断口形貌［J］. 中国有色金属学报， 2015 ， 25 （ 6 ）： 1471 - 1479 .

SU Juanhua ， ZHOU Tiezhu ， REN Fengzhang ， et al . High-temperature tensile properties and fracture morphology analysis of commercially pure titanium ［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals ， 2015 ， 25 （ 6 ）： 1471 - 1479 . （In Chinese）

CHABOCHE J L . Time-independent constitutive theories for cyclic plasticity ［J］. International Journal of Plasticity ， 1986 ， 2 ： 149 - 188 .

齐威 . ABAQUS 6.14超级学习手册［M］. 北京：人民邮电出版社， 2016 ： 1 - 661 .

QI Wei . ABAQUS 6.14 super learning manual ［M］. Beijing ： Posts and Telecom Press ， 2016 ： 1 - 661 . （In Chinese）

吴志荣，胡绪腾，辛朋朋，等 . 基于Chaboche模型的金属材料稳态循环应力-应变曲线的本构建模方法［J］. 机械工程材料， 2013 ， 37 （ 10 ）： 92 - 95 .

WU Zhirong ， HU Xuteng ， XIN Pengpeng ， et al . Constitutive modeling method for stable cyclic stress-strain curve of metal materials based on chaboche model ［J］. Materials for Mechanical Engineering ， 2013 ， 37 （ 10 ）： 92 - 95 . （In Chinese）

PAUL S K ， SIVAPRASAD S ， DHAR S ， et al . Key issues in cyclic plastic deformation：experimentation ［J］. Mechanics of Materials ， 2011 ， 43 （ 11 ）： 705 - 720 .

张博文，万正权，张爱锋，等 . 应力三轴度对TA31钛合金失效行为的影响研究［J］. 船舶力学， 2022 ， 26 （ 10 ）： 1485 - 1495 .

ZHANG Bowen ， WAN Zhengquan ， ZHANG Aifeng ， et al . Effect of stress triaxiality on the failure behavior of TA31 titanium alloy ［J］. Journal of Ship Mechanics ， 2022 ， 26 （ 10 ）： 1485 - 1495 . （In Chinese）

LIU L X ， ZHENG Q L ， ZHU J ， et al . Effects of stress triaxiality and lode parameter on ductile fracture in aluminum alloy ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2019 ， 48 （ 2 ）： 0433 - 0439 .

BRIDGMAN P W . Studies in large plastic flow and fracture with special emphasis on the effects of hydrostatic pressure ［M］. New York ： McGraw-Hill ， 1952 ： 1 - 362 .

代巧，何爵亨，周金宇，等 . 基于DIC与Irwin模型的工业纯钛疲劳裂纹尖端循环应变场表征［J］. 稀有金属材料与工程， 2021 ， 50 （ 8 ）： 2815 - 2822 .

DAI Qiao ， HE JueHeng ， ZHOU Jinyu ， et al . Characterization of cyclic strain field at the fatigue crack tip of industrial pure titanium based on DIC and Irwin models ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2021 ， 50 （ 8 ）： 2815 - 2822 . （In Chinese）

GÓMEZ GONZALES G L ， ORTIZ GONZÁLEZ J A ， ANTUNES F V ， et al . Experimental determination of the reversed plastic zone size around fatigue crack using digital image correlation ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2023 ， 125 ： 103901 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

STUDY ON DUCTILE FRACTURE CRITERION PARAMETERS OF HIGH STRENGTH DUPLEX STEEL PLATE

STUDY ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF TRUSS LATTICE STRUCTURES BY MJF 3D PRINTING (MT)

BIONIC DESIGN OF THE MOVING JOINTS FOR GECKO BASED ON LINKAGE CONFIGURATION (MT)

FATIGUE LIFE PREDICTION OF NOTCHED STRUCTURE USING COMBINED CRITICAL PLANE-CRITICAL DISTANCE APPROACH (MT)

RESEARCH ON THE RELATIONSHIP BETWEEN FRACTURE STRAIN AND TRIAXIALITY OF 6061-T6 ALUMINUM ALLOY

Related Author

LI Di

SONG Hui

LIU XingFeng

GONG ZeFei

ZHANG DianPing

MA ChunHui

JIA Ru

WURIKAIXI AiYiTi

Related Institution

School of Transportation and Vehicle Engineering,Shandong University of Technology

China Heavy Truck Group Jinan Power Co., Ltd.

Dongguan University of Technology

School of Mechanical Engineering,Xinjiang University

School of Mechanical Engineering, Xijing University

⁰