近日，我院博士生王子仪在塑性力学领域顶刊《International Journal of Plasticity》上发表了题为“A mesoscopic damage model for the low-cycle fatigue of anextruded magnesium alloy”的研究成果。康国政教授为通讯作者，合作者包括于超教授、吴圣川研究员、清华大学航天航空学院冯西桥教授、新加坡南洋理工大学周琨教授、北京大学工学院李航博士后和我院博士生雷宇。
图1论文首页
在汽车工业中，镁合金因其轻质、高强的特性而被应用于车体和轮毂等结构，从而实现车辆减重和能源利用率的提高。因这些结构频繁承受交变载荷，所以镁合金的疲劳性能越来越受到学界的关注和研究。已有的镁合金疲劳损伤建模大多基于半经验式的疲劳模型，这种模型往往需要人为地将镁合金损伤过程分为孪生主导损伤和位错滑移主导损伤，无法在统一的判据下预测镁合金在不同变形机制主导时的疲劳寿命。因此，本研究基于微观实验揭示的镁合金低周疲劳损伤演化机理，发展了一种可统一描述镁合金在不同变形机制主导下损伤演化的细观损伤模型。
图2(a)孪晶界损伤示意图；(b-c)晶界损伤示意图
本研究将镁合金的损伤形式分为孪晶界损伤（图2(a)）和晶界损伤（图2(b-c)），根据Tanaka-Mura损伤模型分别定义了基于滑移带-孪晶界交互作用的孪晶界损伤变量和基于滑移带-晶界交互作用的晶界损伤变量：
,
.
其中损伤变量定义中的交互作用累积应变能由Eshelby夹杂理论和Mori-Tanaka均匀化方法获得：
,
,
,
.
最终的裂纹萌生寿命由最先达到损伤阈值的损伤变量决定：
.
该模型对镁合金在不同变形机制下的损伤演化（图3）和疲劳寿命（图4）给出了较为合理的预测结果。若进一步将该损伤模型与准确的晶体塑性本构模型结合，可以将模型对疲劳损伤行为的预测能力拓展到多晶任意织构镁合金，从而加深对镁合金损伤机制的理解。
图3模拟与实验结果的对比：(a)孪晶界损伤演化；(b)晶界损伤演化
图4实验寿命与预测寿命对比
该研究工作得到了国家自然科学基金（12192210；12192214）和牵引动力国家重点实验室开放项目(2022TPL-T05)的大力支持。
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103615
