压电压磁双层材料界面裂纹断裂特性进一步分析

该文利用积分变换和奇异积分方程技术研究压电压磁双材料界面裂纹在磁导、电位移和机械载荷作用下的二维断裂问题。本文仅考虑四种理想的裂纹面电磁边界条件即磁电不导通(情形1)、磁导通电不导通(情形2)、磁不导通电导通(情形3)和磁电导通(情形4)。导出了应力强度因子(SIF)和能量释放率(ERR)的表达式,给出了ERR的大量数值结果,并与已有结果进行了对比。研究成果对压电压磁多层复合结构的设计具有理论与应用价值。     

磁电弹双材料条中螺位错与界面边裂纹的相互作用

研究半无限长磁电弹双材料条中螺位错与界面边裂纹的相互作用。基于镜像原理和保角变换方法,得到了弹性场、电场和磁场的解析解,给出了应力、电位移、磁感应强度、应力强度因子以及像力的显函表达式。以压电-压磁双材料条形介质为例,分析了应力场、电位移和磁感应强度的分布特性,讨论了几何参数、压电和压磁效应对应力强度因子和像力的影响。     

含裂纹的矩形截面压电材料反平面问题的应力场和电场

研究了含裂纹的矩形截面的压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的问题.得到了满足拉普拉斯方程、电渗透裂纹面边界条件的位移函数解和电势函数解,从而得到了电场和弹性场的基本解.最后,用边界配置法计算了应力强度因子和能量释放率.结果表明,这种半解析半数值的方法计算简便,而且具有足够的精确性和广泛的应用性.     

压电/压磁双材料板中弹性波的传播特性

研究由横观各向同性压电和压磁层构成的双材料板中弹性波的传播特性。板的表面是机械自由的,而承受4种形式的电磁边界条件,压电层和压磁层之间是完好连接的。首先采用部分波分析法推导了压电和压磁耦合方程的一般解,然后利用边界和界面条件得到了行列式形式的频散方程。基于推导的频散方程,通过计算CoFe2O4压磁层与BaTiO3、PZT-5A、PZT-2和PZT-4四种压电层构成的双材料板中弹性波的传播速度,揭示了电磁边界条件、压电层和压磁层的厚度比及压电材料性能对频散特性的影响。     

功能梯度压电压磁球对称问题的静力响应

研究径向载荷作用下功能梯度压电压磁空心球壳的空间球对称电磁弹耦合静力学问题。假设压电压磁空心球壳的材料参数沿球厚度方向呈幂函数分布, 在球坐标系下, 由材料的参数方程、本构方程、几何方程和平衡方程导出在外激励作用下空心球壳体的应力、电势、磁势等物理量的解析解。结构内表面材料设为常用BaTiO₃-CoFeO₄复合材料, 分别对球壳内表面受力以及内外表面存在电势差或磁势差的情况进行数值讨论, 分别给出不同梯度参数下结构内部径向应力、环向应力、电势和磁势的分布。结果表明梯度参数的选取对功能梯度压电压磁球壳的性能有很大的影响。     

压电-压磁板条中反平面裂纹的电-磁-弹性分析

基于线性电磁弹性理论,获得了压电-压磁板条中反平面裂纹尖端附近的奇异应力、电场和磁场。假设裂纹位于和板条边界平行的中心位置,并且裂纹是电磁渗透型的。利用Fourier变换,将裂纹面的混合边值问题化为对偶积分方程,即而归结为第二类Fredholm积分方程。通过渐近分析,得到了裂纹尖端附近应力、应变、电位移、电场、磁场和磁感的封闭表达式。结果表明,对于电磁渗透裂纹,电场强度因子和磁场强度因子总为0;板条的宽度对应力强度因子有显著的影响;能量释放率总为正值。     

压电材料中螺型位错偶极子与圆弧形界面裂纹的电弹干涉效应

研究了在无穷远力电荷载作用下广义螺型位错偶极子与圆弧形界面裂纹的电弹干涉作用。运用复变函数方法,导出了该问题的一般解答,并获得了界面上只有一条裂纹时的封闭形式解,求得了基体及夹杂区域复势函数、广义应力场、裂纹尖端的广义应力强度因子以及作用在螺型位错偶极子上的位错力和力偶矩。讨论了裂纹长度、压电材料电弹常数以及位错偶极子的位置对裂纹尖端应力强度因子、偶极子中心的位错力和像力偶矩的影响。     

含界面边裂纹压电材料反平面问题的应力强度因子

研究了含界面边裂纹的不同压电介质组成的复合材料在反平面荷载和平面内电场作用下的电弹场,得到了级数形式的基本解和应力强度因子,最后用边界配置法求解了应力强度因子.结果表明,在外加剪切荷载的作用下,应力强度因子与外加电场无关.     

功能梯度压电层/压磁半空间结构中SH波传播

分析功能梯度压电层/压磁半空间结构中SH波传播特性。功能梯度压电材料沿x2方向按指数形式变化,电学边界条件分为电学短路及开路,基于推导的频散方程数值分析功能梯度压电材料的梯度系数、覆层厚度及边界条件对频散关系影响。研究成果可为研制、设计高性能声波器件提供理论参考。     

梯度涂层材料中裂纹问题的非均匀元分析

本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题,并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明:在均匀基材上采用梯度涂层,与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子;同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明:当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时,应力强度因子(K_I、K_Ⅱ)对其尺度的变化显得不敏感;对梯度参数的影响而言,当材料性能曲线的幂指数m大于1时,裂尖场的应力强度因子K_Ⅱ相对K_I很小且基本不随m变化,因此裂尖场与均匀材料情况类似;当m小于1时,应力强度因子K_Ⅱ随m减小而急剧增大,裂尖场由K_I及K_Ⅱ控制,断裂趋于混合型。     

反平面电弹性偏折裂纹的一个解析解

该文用复变函数方法分析了压电材料反平面偏折裂纹问题,给出了问题的解析解,讨论了分支裂纹尖端的渐进场与奇异性。利用分支裂纹尖端扩展的能量释放率与[积分,研究了主支裂纹扩展方向,结果表明：压电材料Ⅲ型裂纹扩展时的分支角[,即裂纹扩展沿着主支裂纹的延长线方向。在理论上证明了前期对压电材料反平面裂纹的直线扩展假设及其相应结果的正确性。     

加层压电条界面裂纹的稳态扩展

研究当压电条同时与两个不同材料的弹性条粘接在一起,在反平面机械载荷及面内电载荷联合作用下,长度不变的有限Griffith 界面裂纹沿加层压电条界面以常速稳态扩展时裂尖的动态断裂问题.应用Fourier积分变换将问题化为以第二类Fredholm积分方程表示的对偶积分方程,导出了相应的动应力强度因子表达式.给出了动应力强度因子与裂纹传播速度、裂纹长度、压电条及弹性条厚度、电荷载大小及方向的关系曲线.研究结果对结构设计及结构失效的预防具有理论和应用价值.     

加层压电层硬币型裂纹断裂分析

研究粘接着弹性层的压电层内硬币型裂纹的断裂问题。压电层与弹性层均为横观各向同性材料,r轴方向无限长,z轴方向有限厚度。压电层沿z轴方向极化。考虑电不导通裂纹表面条件,利用Hankel积分变换将问题化为求解积分方程组,导出了场强度因子与能量释放率的表达式。给出了数值计算结果,并分析了弹性层厚度对场强度因子与能量释放率的影响。     

压电材料渗透型反平面界面裂纹的奇异因子

本文用复变函数解析延展原理,研究了集中载荷作用下的不同压电材料反平面应变 状态的电渗透型界面裂纹的耦合场:对单个裂纹,给出了封闭形式的复函数解和场强度因子。 结果表明,在裂尖处耦合场有(1/2)阶的奇异性。     

压电材料中螺型位错与含界面刚性线圆形涂层夹杂的干涉

研究了压电材料中位于基体的螺型位错与含界面刚性线圆形涂层夹杂的电弹耦合干涉问题。运用复变函数方法,获得了基体、涂层和夹杂中复势函数的精确级数形式解答。基于广义Peach-Koehler公式,计算了作用在位错上的像力。讨论了刚性线几何条件、界面层厚度和材料电弹特性对位错力和位错平衡位置的影响规律。结果表明:对于软夹杂和软涂层的情况,刚性线长度存在一个临界值改变像力的方向。螺型位错先被吸引后被排斥,在夹杂附近有一个稳定的平衡点。对于硬夹杂和硬涂层的情况,位错一直被排斥,刚性线对位错力的影响较小。     

集中载荷作用下的不同压电材料反平面应变状态的共圆弧界面裂纹问题

本文应用复变函数解析延展原理，得到了集中载荷作用下的不同压电材料反平面应变状态的共圆弧界面裂纹问题的一般解；对单个圆弧界面裂纹，给出了复函数封闭解和场强度因子。