压电双材料界面裂纹的强度因子分析

为满足实际工程中对求解压电双材料界面裂纹强度因子方法通用性和有效性的要求,基于压电界面断裂力学推导了压电双材料平面及反平面界面裂纹强度因子显示外推公式,通过力电耦合有限元模拟了裂纹尖端附近的位移场和电场,将裂纹尖端后面的裂纹张开位移和电势跃变代入强度因子显示外推公式,求解压电双材料的界面裂纹强度因子。以含中心裂纹压电双材料板为例,对不同载荷、单元数和加密形式下的强度因子进行了讨论,并与解析解作了对比。数值算例结果表明,本文方法具有计算简单、精度高等优点。

含电饱和区的压电双材料反平面界面Yoffe型运动裂纹问题研究

本文利用Fourier变换及Copson求解方法,得到了压电双材料中Yoffe型运动裂纹在裂纹尖端含有条状电饱和区条件下的相关解析解.结果表明电饱和尺寸只与电荷载有关,而与裂纹扩展速度无关;裂纹尖端的应力强度因子及电势跳变不仅与荷载及材料参数有关,而且还受到速度的影响,其中应力强度因子随着速度的增大而增大,而电势跳变随着速度的变化呈现递减趋势.

一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹断裂行为

基于一维六方压电准晶理论,利用复变函数方法研究了一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹的反平面问题。利用保角变换将椭圆孔孔边裂纹问题转化为直裂纹问题,结合Stroh公式求解得到电不可通和电可通两种条件下场强度因子和能量释放率的解析表达式。数值算例结果显示:一维六方压电准晶双材料界面Griffith裂纹比椭圆孔边裂纹更易促进裂纹扩展;考虑相位子场可使能量释放率变化更显著,表明压电准晶材料相比压电材料更脆。此研究可为压电准晶元件的设计和制备提供理论依据。

一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹问题

利用复变函数理论中的解析延拓、奇性主部分析和推广的Liouville定理,求解了一维六方压电准晶双材料在集中载荷作用下界面共线裂纹反平面弹性问题.导出了含有一条和两条有限长界面裂纹的封闭解,同时给出了裂纹尖端场强度因子(包含声子场和相位子场应力强度因子和电位移强度因子)的表达式.数值算例分析了外荷载与耦合系数之比对裂纹尖端场强度因子变化规律的影响.从数值结果中可以看出,当裂纹长度增加时,裂纹尖端场强度因子随之增加;应力强度因子随双材料耦合系数之比的增大而增大,电位移强度因子几乎不变;不同载荷作用下,裂纹尖端场强度因子随着裂纹长度改变时的变化趋势也不尽相同.研究结果可为压电准晶双材料的设计和制备提供一定的理论参考.

一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹的反平面断裂问题

目的研究一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹的反平面断裂问题。方法利用复变函数理论中的解析延拓、奇性主部分析和推广的Liouville定理,在电渗透边界条件下研究。结果给出了1条界面裂纹受4种不同外载荷作用及2条等长界面裂纹受无穷远均匀载荷作用等几个典型问题的解析解。同时导出了相应问题场强度因子(声子场、相位子场应力强度因子和电位移强度因子)的解析表达式。结论理论结果表明:当趋于裂纹尖端路径选在双材料界面上时,场强度因子大小与材料弹性常数无关,仅与裂纹尺寸及裂纹所受外载荷大小有关且成正比,即随着裂纹尺寸和外载荷的增大,场强度因子随之增大。

双压电材料内含椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题

利用复变函数方法,研究了横观各向同性压电双材料中椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题.首先,利用保角变换函数将椭圆孔保角变换到一直线裂纹;其次,基于孔边及裂纹表面均电不可穿透并且自由的假设,利用Stroh公式分别得到了本问题的复势函数、裂尖场集中系数的解析表达式;最后,在面内电载荷及面外机械载荷的作用下,分析了椭圆孔尺寸、裂纹长度和外载对裂尖场集中系数的影响,并得到了一个有意义的结论:椭圆孔一边裂纹长度的改变对另一边裂纹裂尖场的影响有限,然而一旦椭圆孔退化为竖直裂纹,该影响将变得非常显著.

压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件

研究了压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭形式解,讨论了位错方位、双材料电弹常数及裂纹钝化程度对位错屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,Burgers矢量为正的螺型位错可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随位错方位角及位错与裂纹尖端距离的增大而减弱,压电双材料中螺型位错对裂纹的屏蔽效应强于相应弹性双材料中螺型位错对裂纹的屏蔽效应;位错发射所需的临界无穷远加载或电位移随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错发射角度为零度即位错最可能沿裂纹前方发射.论文解答的特殊情况与已有文献一致.

双压电材料界面力电耦合场奇异性研究

针对不同压电材料中界面裂纹尖端的扇形区域推导出了包含基本方程、裂纹面D-P边界条件和不同压电材料交界面处的边界条件的弱形式。在该弱形式的基础上,利用特征方程展开方法(eigenfunction expansion technique),可以得到一个分析压电材料裂纹尖端处力电耦合场奇异性的特殊的一维有限元列式。该一维有限元列式只需对扇形区域在角度方向上离散,最后的总体方程为一个二次特征根方程。求解该特征根方程就可以得到压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解。通过数值算例表明该方法可以准确而高效地计算压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解,进而用该方法研究了双压电材料界面力电耦合场的奇异性。

用裂纹单元分析双压电材料界面力电耦合奇异场

为了求解双压电材料在机械荷载和(或)外加电场的作用下,界面裂纹尖端的力电耦合奇异场,提出了一种全数值方法。该全数值方法的实施可以分为两个部分:首先,用一维有限元方法求解不同压电材料界面裂纹尖端力电耦合奇异场特征解;然后,采用杂交有限元列式构造一种所谓的裂纹单元,在该杂交有限元的列式中,假设应力场和电位移场是利用上述一维有限元方法计算得到的特征解推导出来的;利用该单元可以得到全部的力电耦合奇异场的解。通过对单一压电材料中心裂纹尖端力电耦合奇异场的计算,该方法的准确性和高效性得到了验证;进而用该方法研究了双压电材料界面力电耦合场奇异场。

垂直于双压电材料界面裂纹的反平面问题研究

研究了双压电材料中垂直于界面裂纹的反平面问题。在裂纹面为可通导的边界条件下,通过对控制方程进行傅里叶(Fourier)变换,并利用边界条件将问题转化为奇异积分方程进行求解,得到了裂纹面的位移函数、裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和裂纹尖端能量释放率的表达式。数值分析了双压电材料的材料属性对裂纹尖端能量释放率的影响。

垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

应用有限部积分概念和广义位移基本解,垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题．进而,通过主部分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式．然后,通过将裂纹表面位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积,使用有限部积分法对超奇异积分方程组建立了数值方法．最后,通过典型算例计算,讨论了广义应力强度因子的变化规律．

横观各向同性双压电板Ⅲ型界面裂纹力学分析

研究含界面裂纹的横观各向同性双压电材料板在反平面剪切载荷和平面内电位移共同作用下的裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,引入含待定实系数的应力函数,借助边界条件和待定系数法,建立非齐次线性方程组。求解得到满足控制方程和边界条件的应力函数,推导得到双压电材料板Ⅲ型界面裂纹尖端的应力场、电位移场和应力强度因子、电位移强度因子的表达式。

双压电材料反平面断裂分析中的辛方法

本文将一种全新的辛求解方法引入到双压电材料断裂问题分析中,并利用该方法推导其解析解.在辛空间中,反平面位移和剪应力、面内电势和电位移分别互为对偶变量.通过引入对偶变量,问题归结为一个可以分离变量的一阶哈密顿方程组,其本征解在辛空间中张成完备的解空间.所有的对偶变量都可以通过辛本征解的展开形式表示,其待定系数由裂纹条件和几何模型的外边界条件共同确定.结果表明,力、电强度因子与本征值为1/2的本征解直接相关.数值算例展示了不同裂纹条件下强度因子的变化曲线,并且分析了界面裂纹的断裂行为.