含裂纹压电复合材料的几个典型破坏力学问题研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:QCLHQCLH
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在科学技术迅猛发展的今天,材料科学正向智能化和功能化的方向迈进。智能材料/结构广泛应用于航空航天、信息技术、机械制造、土木工程等高技术和民用领域,并日益显示出其巨大的优越性。由于压电材料独特的力-电耦合性质且具有快的机电响应和低的能量消耗等特点,所以,被广泛应用于先进智能结构设计当中。压电材料/压电复合材料经常用于制作传感器、驱动器以及高精度位移发生器等电子元器件,获得了很好效果。但是,由于压电陶瓷一类的压电材料本身最大的弱点-脆性,难于保证在制作、加工中压电材料内部不出现裂纹、孔洞或者在服役过程中不出现损伤,影响智能结构的正常工作,甚至过早的失效。因此,含损伤压电复合材料的破坏力学分析已成为人们关注的热点。力学工作者研究的目的在于,根据压电本构关系,推导出含损伤压电材料内的力学特性与电学特性的对应关系,探索损伤演化过程,揭示材料破坏的根本原因,为工程设计人员提供可靠性分析的理论依据。 关于含损伤压电复合材料的断裂力学研究已经发表了大量的论文及论著。本文仅对含裂纹压电复合材料的几个典型破坏力学行为进行分析研究: 首先,对含损伤压电复合材料有关力学问题的研究现状进行了较详细的评述,包括含损伤压电复合材料力学问题的电学边界条件、研究问题的方法、取得的研究成果以及压电材料的断裂静力学和断裂动力学等方面的研究进展情况。 其次,对压电材料中两个共线裂纹在反平面剪切载荷与面内电载荷联合作用下的相互影响问题进行了研究。利用Fourier积分变换方法将混合边值问题转换为两对三重对偶积分方程,然后,将裂纹面位移差展成Jacobi多项式,应用Schmidt方法进行数值求解。给出了应力强度因子和电位移强度因子的数值计算结果,结果表明,在不可导通电边界条件下,两个共线裂纹之间的相互影响与裂纹长度和裂纹间的距离有关。 同时,分析了夹层压电材料中的两个共线裂纹对反平面剪切弹性波的散射问题。给出应力强度因子和电位移强度因子的数值结果,分析了弹性波频率、裂纹几何尺寸和材料性质对应力强度因子和电位移强度因子的影响。结果表明,应力强度因子和电位移强度因子不仅与裂纹长度、入射波频率、压电层厚度有关,而且与材料性质有关。 通过引进广义位置函数,应用最小能量原理建立了含裂纹矩形压电复合材料层合板的动力学模型。依此模型,对含裂纹的矩形压电复合材料层合板在不同边界条件下的自然频率、位移模态和应变模态进行了数值计算与模拟。并将无损伤的与含裂纹的矩形压电复合材料层合板的数值模拟结果进行了比较。结果显示,应变模态比位移模态和自然频率对裂纹的敏感性更高,这种数值模拟方法可用于对含裂纹压电复合材料层合板的损伤监测。 最后,应用非局部理论对弹性平面内两个共线裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题进行了研究。利用一维非局部核代替二维非局部核进行求解,应用Fourier变换将问题化为求解三重对偶积分方程问题,采用Schmidt方法求解三重积分方程。得到了裂纹尖端应力在裂纹线上的分布规律,克服了经典理论解中裂纹尖端场应力的奇异性。数值计算结果表明,裂纹尖端的应力场不仅与裂纹长度、入射波频率有关,而且与材料的原子晶格参数有关。
其他文献
纤维增强复合材料具有质量轻、强度高、抗疲劳、耐腐蚀等诸多优点,已广泛应用于航空航天、机械制造、汽车工业、化工、纺织、医学、建筑和体育用品等领域。纤维缠绕增强压力
以聚丙烯PP、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈聚合物ABS为代表的一类高分子热塑性材料,近年来越来越多的进入到工程领域中,作为结构承载构件得到广泛的应用;因而对这类材料的力学性能的研
当前,世界各国对能源的依存度越来越高,一次能源的消耗量逐年增长,由此而引发的能源紧缺和生存环境恶化等问题,严重阻碍了现代社会的发展。为了解决上述难题,世界各国加大了对可再生能源的投入,以使其成为可以替代传统燃料的新能源。太阳能是可再生能源家族中的重要成员,除了具有环保、可再生等新能源的共同优点外,它还具备不受地域限制,资源储量取之不尽等独特优势。目前,许多国家纷纷投入精力到光伏产业的发展、研究中,
云雨花盆(Rainy Pot)是韩国釜庆国立大学的设计师Seungbin Jeong带来的集壁挂式花盆以及云形洒水器于一体的设计,它简单易用,是一款非常赞的室内产品。一方面,云雨花盆模拟了
采用溶胶一凝胶法合成了BaAl12 O19:Tb和BaAl12 O19:Eu荧光粉.研究了添加B3+离子对两种荧光粉晶体结构和发光特性的影响.研究结果表明:添加B3+离子并未改变两种荧光粉的BaAl1
继电保护能否正确切除故障,是保障系统安全稳定运行的重要因素,它的故障或不正确动作会对系统造成严重的危害。继电保护隐性故障作为一种潜在故障,在近几年的大停电事故中都起到了推波助澜的作用,更是造成电力系统连锁故障的重要原因,目前继电保护隐性故障已成为威胁大电网安全运行的重要因素。因此,对隐性故障的特征挖掘、辨识以及预警与预防技术的研究成为一个重大而迫切的课题,这对于保障电力系统的安全可靠运行有着极为重
电气操作票制度是我国电力系统运行管理中一种防止误操作的有效安全措施。目前现有运行的操作票系统能够对一些典型票进行推理而自动生成,但对于复杂的操作任务大多是“以机代笔”,或者对典型票、历史票进行修改。虽然有大量研究力图解决这个难题,但由于操作规则的多样性和易变性,使智能地生成操作票受到很大制约。电力系统在不断地发展,其系统的网络结构及其运行方式都将会不断地变化,操作方式也将发生变化,专家系统的知识库
本文是在参加国家航天科技集团公司基金项目―花瓣铺层碳/碳材料固体火箭发动机柔性喷管扩张段裂纹附近的应力场研究的基础上完成的。喷管是火箭发动机的关键部件之一。喷管
随着现代船舶的高速化与大型化,航道水深相对变小,航道宽度相对变窄,使内河航道成为浅窄航道。当船舶在限制水域中航行时,航道的水底及岸壁对船舶兴波阻力有较大的影响,为了设计在
在迅速发展的中国艺术设计高等教育实践中,许多传统的教学为新的教学手法和教学内容所取代。人们已经习惯于在专业课程设置中寻求突出解决创新化教育、职业化教育,以岗位来培