功能梯度压电压磁材料粘结的Ⅲ型裂纹问题

利用奇异积分方程方法研究两个半无限大的功能梯度压电压磁材料粘结,在渗透和非渗透边界条件下的Ⅲ型裂纹问题.首先通过积分变换构造出原问题的形式解,然后利用边界条件通过积分变换与留数定理得到一组奇异积分方程,最后利用Gauss-chebyshev方法进行数值求解,讨论材料参数、材料非均匀参数以及裂纹几何形状等对裂纹尖端应力强度因子的影响.从结果中可以看出,压电压磁复合材料中反平面问题的应力奇异性形式与一般弹性材料中的反平面问题应力奇异形式相同,但材料梯度参数对功能梯度压电压磁复合材料中的应力强度因子和电位移强度因子有很大的影响.

压电压磁材料中正n边形孔边裂纹分析

基于电磁复合材料力学,运用Stroh型公式和复变函数方法,针对压电压磁材料中含正n边形孔边裂纹反平面问题进行了研究。利用Schwarz-Christoffel变换技术,结合Cauchy积分公式和留数定理,导出了磁电全非渗透型边界条件下任意正n边形裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。当缺失磁场时,所得解退化为已有结果,以此验证方法的有效性。通过数值算例,对比分析了n=3,n=4和n=5三种特殊情形对应的孔口边长、裂纹长度和受到的力、电和磁载荷对等效场强度因子和无量纲能量释放率的影响规律。研究结果发现,正n边形孔洞的尺寸和裂纹长度均会促进裂纹扩展,且前者的影响更显著一些;正n边形边的数量增加会阻止裂纹的扩展;在磁电全非渗透型边界条件下,机械载荷始终促进裂纹的扩展,电位移载荷可以促进或抑制裂纹的扩展,磁载荷对裂纹的扩展贡献较少。本研究结果适用于任意正n边形孔边裂纹求解问题,为压电压磁材料元器件的优化设计和断裂特性分析提供了新思路。

功能梯度压电压磁材料矩形板自由振动问题三维精确解

研究四边简支接地的功能梯度压电压磁材料矩形板的自由振动问题.假定材料性质沿板厚方向满足指数函数分布规律,将位移、电势和磁势展开成双三角级数,由三维控制方程导出以位移、电势、磁势及其沿板厚方向的导数为状态变量的状态方程,由此得到功能梯度压电压磁材料矩形平板自由振动问题的精确频率方程.

SH波在无限大功能梯度压电压磁材料中共线双裂纹处的散射

讨论了SH波在无限大功能梯度压电压磁材料中共线双裂纹处的散射问题.假定裂纹面上边界条件是电渗透性的,通过建立数学模型并利用Copson方法对问题进行求解,最后通过数值算例讨论了右裂纹尖端的应力强度因子与材料梯度参数等因素之间的关系.

粘结压电材料的梯度压电压磁层合中的界面裂纹分析

分析了粘结压电材料的梯度压电压磁层合中的界面裂纹,在非渗透性边界条件情况下,假定材料物性参数呈指数变化,运用Fourier变换将问题转化为奇异积分方程.然后利用Guass-Chebyshev积分公式对奇异积分方程进行数值求解,得到了裂纹尖端的应力、电位移和磁通量强度因子.最后考察了裂纹长度和梯度参数等因素对强度因子的影响.

具周期裂纹的拼接压电材料的梯度压电压磁带的断裂行为分析

在非渗透性裂纹边界条件下,采用Fourier变换将边值问题转化为积分方程.最后利用Gauss-Chebychev积分公式进行求解,获得了裂纹尖端局部场的解析式.通过数值算例得出物性参数对裂纹端强度因子的影响情况,梯度参数、裂纹半长以及材料宽度的增大均会使强度因子增大,但增大的趋势有所不同.

有限元法压电压磁弹性介质材料动力学模型

依据Hamilton变分原理,考虑压电压磁弹性介质,得到了该系统的动力学模型.为有限元法求解该系统的平面问题提供了形式简单的有限元方程.

压电压磁复合材料中界面裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法分析了压电压磁复合材料中可导通界面裂纹对反平面简谐波的散射问题· 经过富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程· 在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式· 数值模拟分析了裂纹长度、波速和入射波频率对应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子的影响· 从结果中可以看出。

压电压磁复合材料中一对平行裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法对压电压磁复合材料中一对平行对称裂纹对反平面简谐波的散射问题进行了分析,借助富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程.在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式,最终获得了应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子三者之间的关系.结果表明,压电压磁复合材料中平行裂纹动态反平面断裂问题的应力奇异性与一般弹性材料中的动态反平面断裂问题的应力奇异性相同,同时讨论了裂纹间的屏蔽效应.

圆柱状压电压磁复合材料中波的传播和能量输送

应用“杆化模型”对压电压磁复合圆柱体中轴对称弯曲波进行了研究,得到了圆柱体低阶模态的频散曲线,而且它们能够按照拟P波和拟SV波及SH波的形式进行分类。发现在压电压磁复合材料中存在复合构成的电磁感应性质;沿着柱体轴向耦合传播的波中存在高速传播的电磁波和稳速传播的应力波;在由拟P波和拟SV波形成的通道上能量以不同的性态进行传输和相互交换。

压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题

分析了压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题。利用傅立叶变换,使问题的求解转换为对一对以裂纹表面上的位移差为未知变量的对偶积分方程的求解。为了求解对偶积分方程,把裂纹面上的位移差展开为雅可比多项式形式,进而得到了裂纹长度、入射波波速及入射波频率对裂纹应力强度因子的影响。从数值结果可以看出,压电压磁复合材料中可导通裂纹的反平面问题的动应力奇异性与一般弹性材料中的反平面断裂问题动应力奇异性相同。

压电压磁复合材料中正六边形孔边裂纹的反平面断裂问题

基于线性磁电弹性理论,利用Schwarz-Christoffel(CS)变换技术和Stroth公式,首次系统研究了压电压磁复合材料中含带两个不对称裂纹的正六边形孔口问题在部分渗透磁电边界条件下的解析解.当忽略磁场时,磁电非渗透裂纹和磁电渗透裂纹两种极端情况下的解析解答可退化为文献已有研究结果.数值结果揭示了正六边形孔口尺寸、裂纹长度以及力电载荷和磁载荷对能量释放率的影响规律.研究结果表明:减小孔口边长和裂纹长度可以提高材料的可靠性;机械载荷总是促进裂纹扩展;在磁电非渗透和磁电部分渗透边界条件下,负电场和负磁场会延缓裂纹的扩展,而正电场可以增强或阻碍裂纹的扩展,这取决于所施加的电场和磁场的强度以及机械载荷的水平;在磁电渗透边界条件下,电场和磁场对裂纹的扩展没有影响.

具裂纹的功能梯度压电压磁复合材料的SH波散射问题

讨论了具裂纹功能梯度压电压磁复合材料的SH波的散射问题,通过Fourier积分变换,把混合边值问题转化为对偶积分方程,并利用Copson方法将对偶积分方程转化为第二类Fredholm积分方程求解,得到了裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和磁通量强度因子,最后通过数值计算讨论了材料梯度参数,入射角等因素对标准动应力强度因子的影响.

压电压磁复合材料中二维散射问题的解析研究

用极化方法分析了含一二维夹杂的无限压电压磁基体中的波动散射问题.以此为目的,首先构建了二维压电压磁"相对体"的极化方法.当一般性波动退减为简谐振动时,极化方法的核心函数退减为二维谐波Green函数.利用氡变换的解析方法,首次求得了二维谐波Green函数的积分表达式,该表达式在低频初始波与小尺度椭圆柱夹杂物的假设下可得到进一步的简化,并最终求得解析解.推导针对同时具有压电以及压磁效应的一般性各向异性材料进行,然后将所得的结果简化到仅针对压电复合材料的情况.以此简化解析解为基础,提供了两个算例,讨论了影响含一二维椭圆柱夹杂的PZT-5H压电陶瓷复合材料的散射截面的各种不同因素(包括夹杂的尺寸、形状效应,材料常数的影响,以及压电效应等).

压电压磁功能梯度板中的SH波

基于线性磁—电—弹性理论,得到了横观各向同性压电压磁功能梯度板中的SH波控制方程。应用勒让德正交多项式级数展开法求得了其渐进解,得到了相应的频散曲线。初步探讨了这种多项式方法在解决此问题时的收敛性。研究了压磁性和压电性对SH波的不同影响,并分析了其影响因素。最后分析了材料的梯度形式对压电效应和压磁效应的影响。

集中荷载作用下的压电压磁双材料Ⅲ型界面裂纹问题

研究了压电压磁双材料的Ⅲ型界面裂纹问题,裂纹表面和界面电磁绝缘,且作用有集中荷载.通过解析延拓和复变函数技术,得到该问题的全场解,并给出了裂纹尖端的场强因子.还讨论了Wan等所定义的用以表征界面上下压电压磁材料失配比的无量纲参数G,发现G实际表征的是界面两侧应变的比值,也即界面两侧应变的不相容性.

含裂纹的功能梯度压电压磁条粘结问题的奇异积分方程方法

利用奇异积分方程方法研究了一个含裂纹的功能梯度压电压磁条与半无限大功能梯度压电压磁材料粘结在非渗透边界条件下的Ⅲ型裂纹问题.首先通过积分变换得到问题的形式解,然后利用边界条件通过积分变换与留数定理得到了一组奇异积分方程,最后用Gauss-Chebyshev方法进行数值求解,讨论了材料参数、材料非均匀参数以及裂纹几何形状等对裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明,压电压磁复合材料中反平面问题的应力奇异形式与一般弹性材料中反平面问题的应力奇异形式相同,但材料梯度参数对功能梯度压电压磁复合材料中的应力强度因子和电位移强度因子有很大影响.

功能梯度压电压磁板中热机电的耦合分析

讨论了功能梯度压电压磁板中热机电的耦合分析.在电渗透型边界条件下,通过Fourier积分变换把混合边值问题转化为对偶积分方程,然后利用Copson方法将得到的对偶积分方程转化为Fredholm积分方程再进行数值求解,得到了裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和磁通量强度因子.最后,通过数值算例讨论了温度及材料系数对应力强度因子的影响.

梯度压电压磁条中共线多界面裂纹的数值分析

对梯度压电压磁条中共线多界面裂纹的问题进行了研究.假定物性参数以指数形式且沿着垂直于界面的方向变化,利用Fourier变换将混合边值问题转化为奇异积分方程;再通过Gauss-Chebyshev方法对积分公式进行数值求解,得到了裂纹尖端应力、电势与磁势的解析表达式;最后由数值算例给出了物性参数、几何尺寸与裂纹尖端强度因子的关系.

不同功能梯度压电压磁层状介质中共线界面裂纹的动态性能分析

对不同功能梯度压电压磁层状介质中,共线界面裂纹对简谐应力波作用下的动态问题,进行了分析.经Fourier变换,使问题的求解转换为求解以裂纹面上位移间断为未知量的三重对偶积分方程,三重对偶方程可以采用Schmidt方法来求解,进而分析了功能梯度参数、入射波频率和层状介质厚度对应力、电位移和磁通量强度因子的影响.