铁电陶瓷PZT53复杂力电耦合行为的实验研究

通过实验研究了平行和垂直于极化方向的正应力对铁电陶瓷锆钛酸铅(PZT53)的电滞回线(E3-P3)和电致应变曲线(E-ε)的影响. 实验发现平行于极化方向的压应力对PZT53陶瓷的电滞回线、电致应变曲线形状以及矫顽场大小都有明显的影响,但是垂直于极化方向的拉、压应力只对PZT53陶瓷的电致应变曲线形状有明显的影响,但对电滞回线形状和矫顽场大小都没有显著影响. 采用畴翻转的模型详细解释了观察到的实验现象,所得结果为建立铁电陶瓷的多轴力、电耦合本构模型,提供了物理基础.     

铁电陶瓷宏观单轴力电行为的双面模型

铁电陶瓷以其优越的力电耦合性作为新型的智能材料使用. 提出基于弹塑性双面理论的宏观铁电本构模型. 根据铁电陶瓷内部电畴在外电场和机械场作用下的微观运动，在宏观上除引入材料的畴变面外，还首次引入饱和面，并考虑以畴变面与饱和面之间的广义距离来表征铁电陶瓷的非线性行为. 数值计算结果与实验数据的比较表明所提出的初步理论可适当地反映力电加载下铁电陶瓷的宏观非线性行为.     

单晶铁电体的宏细观本构关系描述

以高技术电子材料－铁电单晶体为研究对象，在对铁电体中电畸内的细观力学耦合场分析的基础上，采用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法以自洽的方式导出了材料构元的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由能及Ｇｉｂｂｓ自由能函数的解析表达式。并分析在广义应力空间和广义应变空间中，按Ｈｉｌｌ－Ｒｉｃｅ内变量本构理论框架，导出了铁电体畸变屈服面方程，增量型本构关系及内变量的演化方程。文末给出了对ＢａＴｉＯ３单晶材料力电行为的一维数值模拟     

单晶铁电畴反转的简化模型

建立具有钙钛矿结构铁电材料的基本电畴结构类型及电畴反转系的表示方法;将电畴反转类似为晶体塑性理论的位错运动,采用内时理论的类似方法,提出一个较简便的电畴体积分数的演化方程,能综合考虑到反转驱动力、180°和90°反转的不同形式、电畴体积分数及反转的变形历史等对反转的影响.对不同外加力电载荷条件下单晶材料的响应进行了模拟计算,能较好反映铁电材料的电位移与电场强度、应变与电场强度、应力与应变、应力与电位移等的非线性力电耦合关系.     

铁电材料的本构关系及相关问题研究进展

铁电材料以其力电耦合性能而在传感器、智能材料与结构等诸多领域获得广泛地应用．铁电材料的本构关系也因此成为研究热点．本文对铁电材料的本构关系以及与之相关的细观力学研究方法、宏观唯象研究方法、宏细观相结合的研究方法等问题的国内外研究进展作了一简要的评述．      

力电耦合载荷作用下铁电陶瓷破坏行为的云纹干涉方法研究

本文介绍了如何用云纹干涉法实时地观察铁电陶瓷在力载荷和电载荷共同作用下裂尖的破坏行为．测量了三点弯试验中由电场和应力集中导致的裂尖的变形场．对变形的云纹图分析表明：当极化方向与裂纹扩展方向一致，且都与电场方向垂直，裂尖附近的正应变随电场的增加而增加，应变集中现象比较突出，电场促进和加速了裂纹的扩展．     

铁电陶瓷宏细观本构模型

在居里温度以下，铁电陶瓷呈铁电相，具有许多取向不同的铁电畴，取向分布函数描述了铁电畴的取向分布情况文中推广了经典的内变量理论，采用宏细观相结合的方法，建立了铁电陶瓷的宏观行为与细观结构的关系，给出了铁电陶瓷的屈服条件，屈服面的演化规律及取向分布函数的演化规律计算得出了与实验比较符合的电位移－电场关系曲线及应变电场－蝶形关系曲线     

力电耦合偏场理论：回顾、比较与展望

力电耦合固体的非线性连续介质理论最早出现于20世纪50年代,而成熟于70年代.80年代末、90年代初则因智能材料与结构的兴起而又得到了新的发展,引起了较为广泛的关注,但应用上以线性分析为主.21世纪初以来,力电耦合软材料因其潜在的应用前景激发了众多的研究兴趣.由于牵涉到大变形,必须在一般非线性连续介质力学的框架内进行问题的建模和开展定量分析,因此力电耦合固体的非线性理论重新得到了大家的重视,出现了很多新版本.本文旨在阐述力电耦合固体非线性连续介质理论一般框架的基础上,采用3个构型的表述方式,较为详细地给出拉格朗日描述和更新拉格朗日描述下的力电耦合偏场理论,甄别不同理论表述版本之间的异同,以廓清目前文献中的混乱现象,为今后的相关研究提供理论指导.最后,本文讨论和展望了力电耦合偏场理论在不同研究领域的若干研究重点及其未来发展趋势.     

压电/纤维复合材料耦合旋转驱动器力学设计模型

本文在经典层合板理论和三维压电材料本构方程的基础上,依据压电材料与纤维复合材料之间的相互作用、位移连续条件,建立了压电—纤维复合材料旋转耦合驱动器力学模型,并推导出电耦合方程。计算和初步实验说明,这种新型结构的压电伸缩变形—离轴纤维复合层扭转变形耦合旋转驱动器比同类型驱动器能量密度高、转矩大,且这种旋转电机结构简单紧凑、工作稳定、寿命长、预计随着研究的进一步深入,可望成为一种新型的微致驱动器而广泛应用于微型机械、精密测量和自动控制等领域。     

非饱和介电凝胶的力学性能及力电失稳行为研究

力-电耦合场作用下,介电凝胶的体积、形状会发生相应的变化,在智能传感器与促动器等领域具有广阔的应用前景．浸入溶液中,介电凝胶将吸收溶液而溶胀．当外界溶液的量足够多时,介电凝胶将吸收足量的溶液而达到饱和状态;但如果外界溶液的量较小,没有足够的溶液可被吸收时,介电凝胶将处于非饱和状态．基于介电凝胶大变形与极化理论,对非饱和介电凝胶在等双轴应力与电场耦合作用下的力学行为及力电失稳现象进行研究．结果表明,饱和度越低介电凝胶的刚性越大,材料越硬;预应力技术可以提高介电凝胶的力电稳定性,预应力越大,力电失稳出现时的临界电压值越高．     

用Eshelby理论研究复合材料线粘弹性本构关系

本文用Eshelby微力学理论分析,得到短纤维增强材料(SFRC)和基体材料两者的粘弹性本构方程之间存在简单的正比关系。发现体积含量为f的短纤维无序取向SFRC一维力学行为,等效于体积含量为F的短纤维单轴取向SFRC在取向轴上的力学行为。     

兼具基体蠕变和轻度界面蠕变的复合材料的本构特性

金属基复合材料的基体蠕变特性在一定的温度与应力下表现明显，当界面为非理想并具有粘弹性性质时，其对复合材料的整体蠕变亦有重要影响．本文利用具有非理想界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法，研究了既具有基体蠕变又具有界面轻度蠕变的复合材料的本构关系，给出了各微结构参量对复合材料整体蠕变特性的影响     

兼具基体蠕变和轻度界面蠕变的复合材料的本构特性

金属基复合材料的基体蠕变特性在一定的温度与应力下表现明显，当界面为非理想并具有粘弹性性质时，其对复合材料的整体蠕变亦有重要影响．本文利用具有非理想界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法，研究了既具有基体蠕变又具有界面轻度蠕变的复合材料的本构关系，给出了各微结构参量对复合材料整体蠕变特性的影响     

弹塑性复合材料力学性能的细观研究

应用细观力学的Eshelby等效夹杂理论研究了复合材料的弹塑性问题.以铝基复合材料为例,建立了多轴载荷下复合材料弹塑性应力-应变关系,并且理论预报与实验结果符合较好,分析了夹杂形状、体积分数及加载路径对材料宏观性能的影响.同时,还研究了热塑性复合材料热膨胀系数与工艺温度之间的变化规律,分析了热残余应变对材料设计的影响.     

多晶铁电材料的有效电弹性能预报

本文利用细观力学方法———Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂法和Ｍｏｒｉ Ｔａｎａｋａ的平均场理论,根据铁电材料的微结构特点,建立了一个细观统计模型对多晶铁电材料的有效电弹性能和模量进行分析预报．在本细观统计模型中,不仅考虑到单晶粒的形状影响,而且考虑铁电畴在外场作用下发生极化转动的影响．本文针对ＢａＴｉＯ３铁电陶瓷的有效电弹性能与系数的预报结果与实验观测结果相符     

关于复合材料弹塑性的一个理论描述

根据格林函数理论和微扰方法，提出了描述复合材料弹塑性（非线性应力－应变关系）行为的简单理论．对陶瓷颗粒增强金属基复合材料，给出了两个不同的解。ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的计算实例表明，理论结果与实验结果是相符合的．     

金属基复合材料单向和循环变形行为的数值模拟研究

利用晶体细观力学模型，依据组元材料的单晶体变形性质，以Ａｌ－Ａｌ２Ｃｕ自生复合材料为模型材料，用数值法模拟其拉伸和循环拉伸变形过程，得到了与有关实验结果相符的应力－应变曲线，研究了增强相间距和循环加载过程对复合材料变形行为的影响，通过考虑变形过程中组元相及其界面的应力分布规律，分析研究了循环变形过程中基体Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应对于复合材料微观变形与损伤机制的作用，结果表明，晶体细观力学模拟计算