中文摘要：

烧结粉末金属广泛应用于汽车及航空工业。随着技术应用要求的不断提高，对零件强度分析和疲劳寿命预测提出了更高的要求，粉末零件结构耐久性和完整性已成为近年来国外竟相开展的的研究课题。由于烧结粉末金属零件的特殊制备过程，使其微观结构与常规材料大不相同，不能用常规的力学模型来表征其材料变形和损伤机理。本项目拟从三方面对烧结材料的细观变形力学模型以及疲劳寿命进行研究，建立承载零件结构的强度设计理论（1）从扫描电镜观察和微变形、微硬度测量入手，建立烧结粉末金属的非弹性本构方程；引入材料特征变量，为材料的研制和零件的优化提供力学性能的依据。（2）基于宏观拉扭试验及细观力学的研究，提出烧结粉末材料的循环损伤力学模型，推导隐式应力积分方法并编制相关软件，为疲劳分析、寿命预测提供更准确的计算方法。（3）通过系统的多轴疲劳试验，应用基因表达式编程方法，建立多轴疲劳寿命模型，为烧结粉末材料的建立疲劳寿命设计方法。

结论摘要：

烧结粉末合金材料在汽车工业、航空工业得到了广泛的应用，随着技术要求的不断提高和粉末零件的增加，对零件强度分析和疲劳预测提出了更高的要求，试验表明已有的损伤力学和疲劳寿命预测方法不能准确地表征烧结材料的性能，烧结材料损伤机理和演化完全不同于常规金属材料，文献中没有相应的疲劳损伤力学模型，其疲劳耐久性和完整性已成为近年国外研究热点。本项目从以下三方面对烧结粉末金属材料的细观变形力学模型以及疲劳寿命进行研究（1）从细观力学模型入手，结合电镜变形观察和粉末颗粒细观硬度测量，首次通过测量预变形试件细观硬度，推演颗粒细观应变，量化粉末烧结材料损伤演化过程，形成烧结粉末金属变形和损伤的联系，建立基于细观和宏观材料试验的损伤演化方程，阐明材料初始空隙率和材料变形、损伤的关系。（2）提出烧结粉末材料循环损伤力学模型，引入三个不同阶段的材料损伤变量弹性损伤、塑性损伤及疲劳损伤，并建立了相应的多轴损伤演化方程，推导隐式应力积分方法并编制相关的有限元软件，为疲劳分析提供更准确的计算方法，为定量分析零件疲劳损伤和可靠性提供理论基础。在Ohno-Wang循环塑性力学框架下，提出了疲劳损伤塑性力学模型，并建立了有限元计算方法，植入商业工程软件ABAQUS，对不同试件进行了计算分析，包括缺口试件和非比例多轴疲劳试验等，得到了很好的计算结果。为粉末烧结材料的计算分析提供了计算模型和方法。（3）通过系统的多轴疲劳试验，建立烧结材料多轴疲劳寿命模型，形成零件低循环疲劳寿命设计方法，得到了很好的试验验证。本项目开展了多轴载荷条件下粉末烧结材料低循环疲劳试验，积累了大量的试验数据，系统研究了现有疲劳寿命模型的可用性和局限性，表明比例加载条件下烧结材料的疲劳寿命可以通过能量疲劳模型表征，但非比例载荷条件下疲劳寿命远大于比例加载的疲劳试件，已有的模型预测结果偏于保守。由于损伤方向的变化，非比例多轴损伤无法与标量损伤变量像吻合，需要张量损伤变量来表征材料损伤过程。