一维六方准晶压电材料含运动螺型位错弹性问题分析

借助复变函数方法,研究了点群6mm 一维六方准晶压电材料中运动螺型位错,得到位错芯附近的应力、位移、能量的解析表达式.分析发现,在靠近运动螺型位错芯处,声子场和相位子场应力的分量表现出(x2+y2)-1的奇异性.当不考虑相位子场的影响时,文中得到的结果可以退化为含运动螺型位错的压电材料中的结果;当不考虑电场的影响时,退...     

压电材料反平面III型裂纹电塑性区的分析

本文对反平面III型裂纹电塑性区进行了分析。采用条带模型得到了电塑性区大小的表达式。对于电塑性区的边界条件采用了两种处理方式,一是采用机械位移连续性边界条件,另一种是假设电塑性区的切应力保持为常数的假设。其中后一种处理方式消除了电场和应力在裂纹尖端的奇异性,与实际情况相符合。两种处理方式得到了相同的电塑性区的大小的表达式,并根据两种处理方式计算了能量释放率。类比Irwin的应力松弛模型,本文采用电位移松弛模型同样得到了电塑性区的大小。将条带模型得到的结果与电位移松弛模型得到的结果进行比较发现,在小范围塑性变形条件下,两种方法所得的结果比较接近,从而说明这两种方法的有效性,得到了比较满意的结果。     

一维六方准晶压电材料中多缺陷的相互作用

基于准晶压电材料的基本方程,利用解析函数理论和复变方法,研究了一维六方准晶压电材料中多缺陷的相互作用问题,建立了多条平行位错以及它们与半无限裂纹相互作用的断裂力学模型,给出了一维六方准晶压电材料中n条平行位错相互作用的Peach Koehler公式和n条平行位错的等效作用点,得到了n条平行位错与半无限裂纹相互作用下电弹性场的解析解,数值算例给出了位错位置对裂纹面上应力的影响和位错Burgers矢量的大小对裂纹面上应力的影响,为讨论裂纹尖端的位错发射、位错屏蔽和裂纹钝化奠定了理论基础.这些结果均为本文首次给出,丰富和发展了经典弹性理论中的相应结果.     

一维六方准晶压电材料中唇形裂纹反平面问题的解析解

本文在准晶压电材料基本方程的基础上,根据点群的对称性和一维六方准晶的线性压电效应,导出了一维六方准晶压电材料反平面问题的控制方程.利用复变函数的方法,通过引入适当的保角映射,研究了准晶压电材料中唇形裂纹的反平面问题,并利用Cauchy积分理论,得到在电不可通边界条件下的裂纹尖端场强度因子与机械应变能释放率的解析表达式.     

含双周期裂纹的一维六方准晶电弹性全平面应变基本问题

针对电极化方向沿准周期方向的情况,讨论了周期平面内含双周期裂纹的一维六方准晶的电弹性全平面应变第一基本问题和第二基本问题。根据力的叠加原理,将三维的应力系统分解为线性独立的两组二维应力状态;运用复应力函数方法将弹性平衡状态的求解归结为求解正则型积分方程,并证明了其唯一可解性。结果表明:一维六方准晶双周期断裂问题在广义双周期边界条件下的力学解是存在并且唯一的。此结果为运用各种方法研究该基本问题的正确性和一致性提供了理论保证。     

点群6mm一维六方准晶压电材料中含螺型位错的电弹性场分析

根据点群6mm一维六方准晶压电材料反平面问题的一般方程,得到其含螺型位错时应力场和电场的解析解。利用复变函数的方法,得出材料中裂纹与螺型位错在相互作用时的应力场解析表达式,所得到的解析解可以退化为已知材料的理论解。通过数值算例表明:离螺型位错越近,力场和电场值越小,反之越大。通过研究螺形位错与裂纹的相互作用为讨论一维六方准晶压电材料的裂纹顶端发射位错和裂纹钝化奠定了理论基础。     

一维六方准晶中平行螺型位错与有限长裂纹的相互作用

论文采用解析函数理论,利用Muskhelishvili著名的复变函数方法,给出了无限大一维六方准晶中多条平行螺型位错与有限长直裂纹相互作用的解析解,并得到了裂纹尖端的场强度因子和作用在位错上的像力.数值算例讨论了镜像力、场强度因子随位错位置的变化,及位错的位置与分布对广义应力场的影响.     

SH波对一维六方准晶中直裂纹的散射

分析了SH波对一维六方准晶中直裂纹的散射问题。利用积分变换技术,结合Copson方法,通过求解对偶积分方程,得到声子场和相位子场应力、位移及裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式。通过数值算例讨论了裂纹长度、入射角和入射波频率对标准动应力强度因子的影响,此研究在工程材料应用中有一定的参考价值。     

一维六方准晶中椭圆孔边裂纹的静态与动态分析

通过构造保角映射函数,借助复变函数方法,研究了一维六方准晶中椭圆孔边裂纹的反平面剪切问题,给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子的解析解.当椭圆的长、短半轴以及裂纹长度变化时,所得结果不仅可以还原为Griffith裂纹的情形,而且得到孔边裂纹问题、T型裂纹问题和半无限平面边界裂纹问题的应力强度因子的解析解.就声子场而言,这些解与经典弹性的结果完全一致.接着对椭圆孔边裂纹的动力学问题进行了研究,并得到了Ⅲ型动态应力强度因子的解析解.当裂纹速度V→0时,动力学解还原为静力学解.这些解在科学与工程断裂中有着潜在的应用价值.     

一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的解析解

利用复变函数方法研究了一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的反平面剪切问题,得到了星形裂纹尖端处应力强度因子和动应力强度因子的解析解.当裂纹条数给定时,由此可得到直线裂纹,Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,对称十字形裂纹,米字型裂纹(对称八裂纹)静力学和动力学问题的解析解.当k=4时,用数值算例讨论了声子场-相位子场耦合系数和裂纹运动速度对动应力强度因子的影响.当速度趋于0时,运动裂纹的解可以退化为静态裂纹的解.     

压电材料反平面裂纹自相似扩展分析

通过对耦合的波动方程和调和方程解耦,用自模拟方法研究了压电材料中反平面裂纹的自相似扩展问题.研究表明: 对反平面问题,介质内的耦合场与裂纹扩展速度有关,在裂纹尖端有r-1/2阶的奇异性; 动态应力强度因子与电位移载荷有关,与静态结论不同; 电位移强度因子与机械载荷无关, 与静态结果的表达形式一致.     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区模型的力学分析

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析．完整地考虑了各向异性力电耦合效应．建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系．证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加．当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响     

压电效应下一维六方准晶双材料孔边裂纹的反平面问题研究

利用复变函数方法和保角变换技术研究了压电效应下一维六方准晶双材料中圆孔边单裂纹的反平面问题．考虑电不可渗透型边界条件,运用保角变换和Stroh公式得到了弹性体受远场剪切力和面内电载荷作用下裂纹尖端应力强度因子和能量释放率的解析解. 数值算例分析了几何参数、远场受力、电位移载荷对能量释放率的影响．结果表明：裂纹长度、耦合系数和远场剪切力的减小可以抑制裂纹的扩展．不考虑电场时,声子场应力对能量释放率的影响较小．本文的研究结果可作为研究一维六方压电准晶双材料孔边裂纹问题的理论基础,同时为压电准晶及其复合材料的设计、制备、优化和性能评估提供理论依据．     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区模型的力学分析

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析．完整地考虑了各向异性力电耦合效应．建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系．证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加．当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响     

含圆孤裂纹系的压电材料反平面应变问题

应用复变函数解析延展原理，并通过求解Ｒｉｅｍａｎｎ－Ｈｉｌｂｅｒｔ问题，得到了含圆弧裂纹压电材料反平面应变问题的一般解，对单个圆弧裂纹的情形，给出了封闭形式的复函数解和场强度因子，结果表明，当无限远处或裂纹表面同时受机械载荷（应力τ＾∞或Ｔｚ）和电载荷（电位移Ｄ＾∞或电荷ｑ）联合作用时，应力强度因子仅与机械载荷有关，而电位移动强度因子仅与电载荷有关。     

双周期裂纹压电材料反平面剪切问题断裂力学分析

研究压电材料双周期裂纹反平面剪切与平面电场作用的问题．运用复变函数方法，获得了该问题严格的闭合解，并由此给出了裂纹尖端应力强度因子和电位移强度因子的精确公式．数值算例显示了裂纹分布特征对材料断裂行为的重要影响．叠间小裂纹能够对主裂纹的应力和电位移场起着屏蔽作用，相反行间小裂纹却起着放大作用，至于钻石形分布裂纹的影响规律则更为复杂．对于某些特殊情形给予了解答并导出一系列有意义的结果。     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

压电材料反平面应变状态的椭圆夹杂及界面裂纹问题

本文采用共法求解了压电材料反平面变形的椭圆夹杂及界面裂纹问题，前者的解答表明当远场外力均匀分布对夹杂内的应力场及电位移场是常量，后者解答表明在界面裂纹的裂尖处，应力及电位移都具有γ＾－１／２的奇异性。     

压电材料反平面运动裂纹的能量释放率与分叉角

用复变函数方法,研究了压电材料中反平面运动裂纹的动态断裂问题,研究表明：介质内的耦合场与裂纹运动速度有关,在裂纹尖端有奇异。应力强度因子与裂纹运动速度无关,与纯弹性结构一致,沿裂纹延长线扩展的动态能量释放率可用应力强度因子表示,而与电载荷无关,裂纹运动的高速度具有止裂作用,在一定条件下,裂纹有扩展成曲线裂纹或分叉的趋势。