一维六方压电准晶中正n边形孔边快速传播裂纹反平面问题的解析解

目的研究压电效应下一维六方准晶材料中含正n边形孔边快速传播裂纹的反平面问题。方法运用动力学基本理论和Schwarz-Christoffel变换技术,在电非渗透型和电渗透型2种边界条件下研究。结果给出了裂纹以速度v传播时Ⅲ裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解。结论当v→0时,所得结果退化为静力学问题,这对工程结构和材料的制备与应用有一定的指导意义。

压电复合材料中正n边形孔边裂纹的反平面问题研究

本文基于Cauchy积分理论和Schwarz-Christoffel(SC)变换技术,针对压电复合材料中带一条裂纹的正n边形孔口缺陷的反平面断裂力学进行了探究.假设满足电不可通边界条件,利用Cauchy积分公式和留数定理,获得了任意正n边形裂尖处应力和电位移两个场强度因子以及全能量释放率的封闭形式的显式解.当正n边形边数取定时,所得解可退化为已有结果,以此验证方法的有效性.并通过数值算例,对比分析了n=3,n=4,n=5三种特殊情形对应的等效场强度因子和无量纲能量释放率与孔口边长、裂纹长度和受到的力、电载荷之间的曲线图.数值结果显示: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;在电不可通边界条件下,机械载荷对裂纹的扩展始终贡献显著,电场对断裂行为的影响取决于机械载荷.本研究结果具有一般性,适用于任意正n边形孔边裂纹问题的求解,为压电复合材料元器件的优化设计和断裂特性分析提供了新思路.

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。

含正多边形纳米孔次生多裂纹的一维六方压电准晶体的反平面剪切问题

利用Gurtin-Murdoch表界面理论和复势法,讨论一维六方压电准晶体含纳米级正n边形孔口次生多裂纹的反平面问题,得到电场、声子场和相位子场强度因子和能量释放率的精确解。通过算例讨论纳米级孔口次生裂纹形貌对能量释放率和场强度因子的影响。结果显示:当缺陷达到纳米尺寸时,在声子场、相位子场和电场相互耦合作用下会产生表面效应,缺陷尺寸越小表面效应越明显,裂纹条数越多场强度因子越小,随着缺陷尺寸的变大,表面效应的影响会逐渐减弱,最后趋于经典断裂理论的结果。

一维六方压电准晶中正n边形孔边裂纹的反平面问题

利用复变函数方法和Schwarz-Christoffel(SC)变换,构造了保形映射函数,研究了一维六方压电准晶中正n边形孔边裂纹的反平面问题.首先由一维六方压电准晶反平面问题的本构方程、平衡方程和几何方程推导得出其控制方程.在电不可导通边界条件下,应用Cauchy积分公式,得出任意正n边形孔边裂纹尖端附近应力强度因子和电位移强度因子的解析解,并针对n=3,5,6时,给出数值算例,可以看出这些特殊情形可退化为已有的结果.研究结果表明:等效场强度因子K的值随着孔边长a和裂纹长度L/a的增加而增大;孔洞的尺寸对等效场强度因子K的影响特别显著,易导致破坏.该文所给结果对计算等效强度因子具有一般性,适用于任意正n边形孔边裂纹的求解问题,从而为工程力学、材料的制备和应用等提供了良好的理论依据.