三维立方准晶椭球夹杂的Eshelby张量

准晶体颗粒复合智能材料具有优异的物化性能和应用前景。不同于传统的各向同性材料,三维立方准晶体材料包含声子场,相位子场,及声子-相位子耦合场。为更好地研究准晶体颗粒夹杂问题,揭示准晶体材料夹杂问题的物理现象,本文利用本征应变公式和柯西留数定理,考虑椭球体夹杂,获得了三维立方准晶材料夹杂问题的Eshelby张量,并给出了统一的表达式。进而,当三维立方准晶夹杂形状为球形、棒状、扁平状和带状时,获得了封闭形式的三维立方准晶Eshelby张量表达式。同时,给出了椭球体长径比变化时Eshelby张量的变化规律,这对研究准晶体颗粒夹杂问题具有重要的理论意义。     

关于非线性基体中Eshelby等效夹杂方法适用性的讨论

本文是对１９９３年力学学报第２５卷第５期“刚性微粒填充的高聚物非线性粘弹性本构关系的微力学分析”的讨论,以远场球对称应力作用下非线性基体中含单个球形刚性粒子或单个球形孔洞为例,给出了问题的精确解．分析表明,关于材料线性的Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂方法不能简单地推广应用于研究非线性基体中含刚性粒子或孔洞的力学分析中．     

压电材料椭圆夹杂界面开裂问题的电弹性耦合解

本文研究了在反平面剪切和面内电场的共同作用下，压电材料椭圆夹杂的界面开裂问题，假定夹杂是刚性的导体，采用复变函数保角变换和级数展开方法，可确定压电材料基体的复势表达式，进而求得夹杂界面开裂的电弹性耦合的能量释放率。     

电磁弹性复合材料双圆柱夹杂问题

研究了双圆柱压电夹杂嵌于无限大压磁基体中的力学问题,获得了基体受到无究远处电,磁,力载荷作用下的解析解。利用复变函数呆角变换和解析延拓,以及圆环域内的洛朗级数展开和Cauchy积分公式等得到了基体和两个夹杂中的复位势。由所获得的复位势继而得到了应力,电位移和磁通密度等物理量的解析表达式。并给出了算例分析,以此来表明夹杂对系统电磁弹性耦合行为的影响,以及验证所得解的正确性和实用性。     

压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹和椭圆夹杂

首先解析研究了压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹,它是对Ru最近研究工作(见ASME J. Appl. Mech., 2000年, 67卷)的补充和完善. 工作表明与Ru的结论不同,对于一般的两相压电介质,仍可获得对于这种电极-陶瓷界面裂纹的精确解答. 分析显示在界面处的电弹性场仍可显现出两类奇异性：振荡型奇异性和实指数型奇异性, 其中$由上下两相压电材料的本构常数加以确定. 获得了界面电弹性场以及裂尖处能量释放率的显式和实形式解答. 也讨论了在坐标变换下界面上物理量的一些不变性质. 其次探讨了压电多层材料中的椭圆夹杂问题,并获得了当压电复合系统受到远场均布机电载荷时的通解. 分析表明当压电基体受到远场均布机电载荷作用时,应力场和电场在压电夹杂体上仍然均匀分布并且整个夹杂体都为等电势体.     

含椭圆形刚性夹杂的压电材料平面问题

应用复变函数的Ｆａｂｅｒ级数展开方法，本文研究了含椭圆形刚性夹杂的压电材料平面问题，给出了问题的封闭解。解签表明，夹杂内的电场强度和电位移为常量。并通过算例分析，讨论了正，逆压电效应在基体孔周处的机电行为。     

滑动界面的球形夹杂问题

滑动界面对多相介质力学性能的影响日益受到重视．但已有的解析结果往往假定界面是自由滑动的．即假设界面上的剪应力为零,这与大多数实际情况并不相符．本文假定界面上剪应力不为零并满足线弹簧型界面条件,在这一前提下,首次获得了球形夹杂本征应变问题的解析解．     

多圆形刚性夹杂的反平面问题

构造任意分布且相互影响的多个圆形刚性夹杂模型的复应力函数，采用复变函数方法，达到满足各个夹杂的边界条件，利用坐标变换和围线积分将求解方程组化为线性代数方程组，推导出了圆形刚性夹杂任意分布的界面应力解析表达式，算例对多夹杂与单夹杂两种模型的界面应力最大值进行了对比，同时还给出了界面应力最大值随夹杂间距的变化规律，求出了刚性夹杂的合理间距。本文发展的分析方法为研究夹杂材料的细观机理探索了一条有效的分析途径。     

基于界面层模型的双周期纳米夹杂复合材料反平面问题研究

利用复变函数方法并结合双准周期Riemann边值问题理论,获得了含双周期分布非均匀相（夹杂/界面层）的复合材料在远场均匀反平面应力下弹性场的全场解答．该解答可用于对纳米夹杂复合材料的应力进行分析,结合平均场理论也用于预测纳米夹杂复合材料的有效性能．计算结果表明：当夹杂尺度在纳米量级时,应力和有效反平面剪切模量具有明显的尺度依赖性,并且随着夹杂尺寸的增加,趋近于不考虑界面效应时的结果;界面层厚度和性能对应力和有效反平面剪切模量明显变化时所对应的夹杂尺度范围和趋近于无界面效应结果的快慢有显著影响;当界面厚度足够薄时,界面层模型可用于模拟零厚度界面情况．     

弹性椭圆夹杂纵向剪切问题

获得纵向剪切下弹性椭圆夹杂问题的精确解。将复变函数的分区全纯函数理论,Cauchy型积分和Riemann边值问题相结合,求得各复势函数之间的解析关系,从而得到问题的封闭形式解,并给出了界面应力的解析表达式。本文解答与已有文献结果一致。本文发展的分析方法,为求解复杂多连通域的平面弹性问题提供了一条有效途径。     

颗粒增强复合材料的椭圆形刚性夹杂呈双周期分布模型的反平面问题研究

在遵循复合材料中各夹杂相互影响的重要条件下,构造呈双周期分布且相互影响的椭圆形刚性夹杂模型的复应力函数,采用坐标变换和复变函数的依次保角映射方法,达到满足各个夹杂的边界条件,利用围线积分将求解方程化为线性代数方程,推导出了在无穷远双向均匀剪切,椭圆形刚性夹杂呈双周期分布的界面应力解析表达式,最后的算例分析给出了夹杂的形状对界面应力最大值(应力集中系数)的影响规律,并描绘出了曲线.     

INVESTIGATION OF BEHAVIOR OF MODE-I INTERFACE CRACK IN PIEZOELECTRIC MATERIALS BY USING SCHMIDT METHOD

The behavior of a Mode-Ⅰinterface crack in piezoelectric materials was investigated under the assumptions that the effect of the crack surface overlapping very near the crack tips was negligible. By use of the Fourier transform, the problem can be solved with the help of two pairs of dual integral equations. To solve the dual integral equations, the jumps of the displacements across the crack surfaces were expanded in a series of Jacobi polynomials. It is found that the stress and the electric displacement singularities of the present interface crack solution are the same as ones of the ordinary crack in homogenous materials. The solution of the present paper can be returned to the exact solution when the upper half plane material is the same as the lower half plane material.     

THE PERIODIC CRACK PROBLEM IN BONDED PIEZOELECTRIC MATERIALS

The problem of a periodic array of parallel cracks in a homogeneous piezoelectric strip bonded to a functionally graded piezoelectric material is investigated for inhomogeneous continuum.It is assumed that the material inhomogeneity is represented as the spatial varia- tion of the shear modulus in the form of an exponential function along the direction of cracks. The mixed boundary value problem is reduced to a singular integral equation by applying the Fourier transform,and the singular integral equation is solved numerically by using the Gauss- Chebyshev integration technique.Numerical results are obtained to illustrate the variations of the stress intensity factors as a function of the crack periodicity for different values of the material inhomogeneity.     

ARC INTERFACE CRACK IN A THREEPHASE PIEZOELECTRIC COMPOSITE CONSTITUTIVE MODEL

An in-depth investigation is made on the problem of an arc-shaped interface insulating crack in a three-phase concentric circular cylindrical piezoelectric composite constitutive model. An exact solution in series form is derived by employing the complex variable method. In addition, the distribution of physical quantities such as stresses, strains, electric displacements and electric fields in the whole field and along the interface is also presented. Explicit expressions for crack opening displacement, jump in electric potential on the crack surface and the electro-elastic field intensity factors at the crack tips are obtained. Specific calculations demonstrate that the convergence of the series form solution is satisfactory and that the outer phase (composite phase) will exert a significant effect on the electro-mechanical coupling response of the composite system. Owing to the fact that stresses and electric displacements still possess conventional inverse square root singularities, the oscillating singularities near the crack tip under plane strain conditions will be absent and, as a result, no unphysical interpenetration phenomenon of the two crack surfaces will occur. In conclusion, the elastic solution obtained is also based on a solid physical foundation. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No.59635140), and the Doctorate Foundation of Xi'an Jiaotong University.     

三相压电复合本构模型中的弧形界面裂纹

深入研究了三相同心圆柱压电复合本构模型中的弧形绝缘界面裂纹问题。采用复势方法获得了该问题的级数形式的解答,并给出了应力、应变、电位移和电场强度等物理量在全场及界面上的分布,同时推导了裂尖处广义强度因子及裂面张开位移和裂面上电势差的表达式。具体计算表明该级数解答收敛迅速,同时显示出第三相混杂区的影响是不能忽略的。由于裂尖处应力奇异性为－1／2,则这种解答不会出现平面应变状态下界面裂纹裂尖处的振荡奇异性,从而不会产生违反物理实际的裂面相互嵌入现象,则该弹性解答也是建立了坚实的物理基础之上。     

纤维增强复合材料界面的力学行为

研究材料的界面和表面的力学行为与破坏机理,是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一,而复合材料界面问题更有其自身的特殊性和复杂性。本文结合笔者的研究工作重点讨论了纤维复合材料界面力学的共性问题,阐述了复合材料界面的性质、复合材料界面的力学模型和理论、界面力学表征的实验研究、界面损伤破坏机理、界面对复合材料力学性能的影响等5个方面。     

各向异性压电材料平面裂纹的耦合场分析

用Stroh方法分析了各向异性压电材料电导通型裂纹问题的耦合场.结果表明,裂纹面上的切向电场强度和法向电位移均为常数,在裂纹尖端有由弹性场的耦合作用产生的奇异;电导通裂纹模型中的静电场对裂纹尖端扩展的能量释放率不作贡献.     

横观各向同性压电材料中裂纹问题的边界元法

采用Somigiliana公式给出了三维横观各向同性压电材料中的非渗漏裂纹问题的一般解和超奇异积分方程,其中未知函数为裂纹面上的位移间断和电势间断．在此基础上,使用有限部积分和边界元结合的方法,建立了超奇异积分方程的数值求解方法,并给出了一些典型数值算例的应力强度因子和电位移强度因子的数值结果,结果令人满意．     

含柔性涂层的颗粒增强复合材料弹性模量估计

采用线弹簧型弱界面模型来模拟柔性涂层,研究柔性涂层对复合材料宏观弹性模量的影响.首先利用Mori-Tanaka方法和弱界面球形夹杂问题的弹性解,获得单夹杂内部的平均应力和平均应变,进而求得具有柔性涂层的复合材料的宏观弹性模量,并研究界面柔度对复合材料弹性模量的影响.