壓電材料界面和斷裂問(wèn)題研究.pdf

1、由于其本身固有的電場(chǎng)、機(jī)械變形之間的耦合效應(yīng)，壓電材料作為傳感器、驅(qū)動(dòng)器廣泛地被應(yīng)用于智能材料結(jié)構(gòu)中。壓電材料通常比較脆的這一缺點(diǎn)已為大家所認(rèn)識(shí)，因而大量研究工作展開(kāi)了對(duì)壓電材料斷裂力學(xué)問(wèn)題的探討。然而，由于壓電材料工作環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)工程實(shí)際中壓電材料可靠性問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究仍然是非常必要的。
　　 首先，考慮到隨著熱壓電材料大量應(yīng)用于工程實(shí)際，對(duì)含有孔、裂紋或夾雜的熱壓電介質(zhì)中的熱、電、彈性場(chǎng)耦合問(wèn)題進(jìn)行了研究。采用

2、Stroh列式法、解析連續(xù)法、保角變換和疊加原理，分析了遠(yuǎn)場(chǎng)任意均勻力、電、熱流載荷作用下，內(nèi)嵌于無(wú)限大各向異性壓電體中的橢圓形各向異性壓電夾雜問(wèn)題。得到了基體和夾雜體中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力函數(shù)的以復(fù)矩陣形式表示的解。結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)均勻力、電載荷只會(huì)導(dǎo)致夾雜體中出現(xiàn)常應(yīng)力場(chǎng)，而均勻熱流將會(huì)導(dǎo)致夾雜體中應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)線性變化。
　　 其次，考慮到對(duì)于能用于研究工程中的復(fù)雜問(wèn)題的一種較好的方法——邊界元法而言，Green函數(shù)體現(xiàn)了其中的解析特

3、性，求解了含有橢圓孔，并且孔表面上作用有一般線應(yīng)力情況下的二維無(wú)限大各向異性電磁彈性固體的Green函數(shù)問(wèn)題。采用Stroh列式法、解析連續(xù)法、保角變換、疊加原理和精確電磁邊界條件，獲得了該問(wèn)題的解。接著，又研究了內(nèi)嵌于各向異性電磁彈性固體中的橢圓形夾雜的二維Green函數(shù)問(wèn)題。當(dāng)所施加的一般線應(yīng)力和一般線位錯(cuò)分別位于基體、夾雜體和橢圓界面上時(shí)，得到了應(yīng)力、位移的全場(chǎng)普遍解。與相關(guān)結(jié)果的比較表明本文解是正確地。
　　 最后，考慮

4、到裂尖力電場(chǎng)的非線性特性，采用電飽和條帶屈服模型和復(fù)變函數(shù)法討論了無(wú)限大壓電介質(zhì)中的中心裂紋裂尖附近的應(yīng)力場(chǎng)。得到的解表明裂尖附近無(wú)量綱化的應(yīng)力分量與所在點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離無(wú)關(guān)，而僅取決于所在點(diǎn)的角度。通過(guò)數(shù)值算例討論了PZT-5H材料裂尖附近各面內(nèi)應(yīng)力分量的分布情況。接著，采用同樣的模型求解了遠(yuǎn)場(chǎng)均勻載荷作用下，兩個(gè)半無(wú)限各向異性壓電體之間的界面裂紋的反平面問(wèn)題。得到了應(yīng)力、電位移的解，給出了裂尖各應(yīng)力分量和應(yīng)力強(qiáng)度因子的精確封閉解。