激光增材制造（LAM）修复技术因其高精度和灵活性，越来越多地被用于修复金属部件的结构完整性和疲劳性能。然而，修复过程中引入的缺陷（尤其是气孔）严重影响了修复后的疲劳与断裂行为，给性能预测带来了挑战。该文结合振动弯曲疲劳实验和相场模型（PFM），研究了LAM修复钛合金压气机叶片的疲劳强度提升机制和疲劳裂纹扩展（FCG）行为。研究发现，LAM修复可使含缺口的TC17锻造叶片疲劳强度提高94%。疲劳裂纹主要萌生于修复区内部的孔洞缺陷，并沿穿晶路径扩展。X射线计算机断层扫描（X-CT）显示，超过80%的缺陷为直径小于60μm的小气孔。该文提出的宏观相场模型考虑了修复诱导的孔洞缺陷，成功预测了修复后的疲劳性能，包括疲劳强度（误差<6%）、临界裂纹长度（误差<8%）和断口形貌。模型还揭示了孔洞尺寸是控制疲劳裂纹萌生与扩展的主导因素。
图1：LAM修复TC17钛合金压气机叶片的过程示意图
图2：相场模拟与实验的疲劳裂纹扩展行为对比
图3：LAM修复、未修复（FOD）与锻造叶片的疲劳强度对比
·LAM修复显著恢复疲劳性能：对于含有模拟外物损伤（FOD）缺口的TC17锻造叶片，LAM修复可将其高周疲劳强度提升94%，证明了其在关键航空部件修复中的巨大潜力。
·缺陷主导疲劳失效机制：X-CT表征发现，LAM修复区缺陷以大量小尺寸（>80%直径<60μm）的近球形气孔为主，它们主要分布在修复区与基材界面。疲劳裂纹几乎全部萌生于这些内部缺陷，并沿穿晶路径扩展，这与裂纹萌生于表面的锻造叶片形成鲜明对比。
·相场模型实现精准预测：该研究建立的、融合了缺陷尺寸、位置和球形度信息的宏观相场模型，成功预测了LAM修复叶片的疲劳性能。对疲劳强度的预测误差小于6%，对临界裂纹长度的预测误差小于8%，并能复现三维裂纹扩展路径和断口形貌。
·缺陷尺寸是关键控制参量：模型与实验均证实，修复区孔洞缺陷的尺寸是控制疲劳裂纹萌生位置和扩展行为的决定性因素。存在一个约60μm的临界缺陷尺寸，当缺陷超过此尺寸时，疲劳源会从叶片边缘转移至修复区内部，显著降低寿命。
·设计-制造-评价一体化框架：该文提出了一个可复现的校准流程，将实验
S−N数据和CT统计的缺陷特征映射到相场模型中，为LAM修复金属部件的疲劳性能评估提供了一个有效的预测框架。引用格式：
Tang W, Wang L F, Sun S, Zhou L C, Paggi M, Yi M. Additive-manufacturing repair towards restoring fatigue performance of metallic component: Experiment and phase-field model prediction[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2026, 208: 106456.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509625004302
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