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.     

一维六方压电准晶三角形孔边裂纹反平面问题

通过引入合适的数值保角映射,利用Stroh型公式研究一维六方压电准晶中正三角形孔边裂纹的反平面问题,给出在电非渗透边界条件下三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率。通过数值算例,讨论场强度因子和能量释放率随缺陷几何尺寸和力电荷载的变化规律。结果表明:随孔边裂纹长度的增加,场强度因子先急剧增加后减小,并趋于定值1,正三角形孔洞的尺寸对其影响可忽略不计;声子场和相位子场机械载荷总是促进裂纹扩展,而电位移对裂纹的扩展极大地依赖于声子场和相位子场载荷的大小。     

一维六方压电准晶中唇形匀速移动裂纹问题的解析解

运用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了在电非渗透型边界条件下一维六方压电准晶中唇形快速传播裂纹问题的反平面剪切问题,获得了III型裂纹动态的应力强度因子和电位移强度因子的解析解．研究结果表示,当裂纹传播速度趋于零时,动力学问题就还原为了静力学问题的解．当唇形裂纹的高度趋于零时,所得结果可以退化为Griffth裂纹问题．     

含直对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射Scattering of SH wave by a linear symmetric crack at one-dimensional piezoelectric hexagonal quasicrystals

利用积分变换技术,结合Copson方法,研究了含直线型对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射问题。通过求解对偶积分方程,得到声子场、相位子场应力、位移及电场电位移分量的解析解。定义了裂纹尖端应力强度因子及电位移强度因子,给出了电非渗透性条件下应力强度因子及电位移强度因子的解析解。此研究结果对压电准晶材料的工程应用有一定的理论价值。     

含直对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射

利用积分变换技术,结合Copson方法,研究了含直线型对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射问题。通过求解对偶积分方程,得到声子场、相位子场应力、位移及电场电位移分量的解析解。定义了裂纹尖端应力强度因子及电位移强度因子,给出了电非渗透性条件下应力强度因子及电位移强度因子的解析解。此研究结果对压电准晶材料的工程应用有一定的理论价值。     

一维六方压电准晶对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的解析解

利用复变函数方法, 通过构造保角映射, 分析了一维六方压电准晶中对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的反平面问题, 给出了在电非渗透型与电渗透型两种情况下动态应力强度因子的解析解. 当速度趋于0时可退化为已有的对应的静力问题的解. 得到的解析解对准晶材料的工程应用中有一定的理论价值.     

含唇口次生两不对称裂纹的一维六方压电准晶体的反平面剪切问题

利用复变函数法和Stroh算法研究了反平面载荷作用下一维六方准晶压电材料中唇口次生裂纹的断裂问题,首次构造了唇口次生两不对称裂纹的缺陷力学模型,推出了含唇口次生两不对称裂纹的无限大区域到单位圆外部区域的保角变换公式,得到了裂尖处的场强度因子和能量释放率的解析表达式.数值算例揭示了缺陷尺寸,特别是唇口高度和裂纹长度对场强度因子和能量释放率的影响.结果表明：增加裂纹两边的长度会促进裂纹的扩展,增加唇口的高度,会抑制裂纹的扩展.最后,在给定条件下,这些解析结果可以简化为其它的缺陷模型的解,比如唇口次生单裂纹和唇口次生两对称裂纹的解,同时还可以退化为经典的Griffith裂纹和唇口无次生裂纹的解,以上结果与理论分析的结论是一致的.     

十次对称二维准晶中的圆弧形裂纹

采用复变函数法研究了在远场承受均布声子场机械载荷作用下十次对称二维准晶中穿透周期轴的一个圆弧形裂纹；报导了表征声子场和相位子场的4个复应力函数的解析表达式，并由复应力函数获得了两个裂尖处声子场和相位子场应力强度因子、裂面张开位移以及能量释放率的表达式．     

压电体内孔边裂纹的应力强度因子

本文研究含有Ⅲ型孔边裂纹压电弹性体的反平面问题.根据Muskhelishvili的数学弹性力学理论,并利用保角变换和Cauchy积分的方法,对含有圆孔孔边单裂纹和双裂纹的压电弹性体分别进行了分析.基于电不可穿透裂纹模型,得到了在反平面剪力和面内电载荷的共同作用下裂纹尖端应力强度因子的解析解.最后,通过数值算例,讨论了应力强度因子随裂纹长度变化的规律.结果表明:应力强度因子随着裂纹和孔的相对尺寸的增加而增加,并且单边裂纹的应力强度因子要比双边裂纹的应力强度因子大.     

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。     

双压电材料内含椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题

利用复变函数方法,研究了横观各向同性压电双材料中椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题．首先,利用保角变换函数将椭圆孔保角变换到一直线裂纹;其次,基于孔边及裂纹表面均电不可穿透并且自由的假设,利用Stroh公式分别得到了本问题的复势函数、裂尖场集中系数的解析表达式;最后,在面内电载荷及面外机械载荷的作用下,分析了椭圆孔尺寸、裂纹长度和外载对裂尖场集中系数的影响,并得到了一个有意义的结论：椭圆孔一边裂纹长度的改变对另一边裂纹裂尖场的影响有限,然而一旦椭圆孔退化为竖直裂纹,该影响将变得非常显著．     

压电体中考虑表面效应时开裂孔洞的断裂特征

研究了反平面机械载荷和面内电载荷作用下压电体中考虑表面效应时孔边双裂纹问题的断裂特征。基于Gurtin-Murdoch表面理论模型,通过构造映射函数,利用复势电弹理论获得了应力场和电位移场的闭合解答。给出了裂纹尖端应力强度因子、电位移场强因子和能量释放率的解析解。讨论了开裂孔洞几何参数和施加力电载荷对电弹场强因子和能量释放率的影响。     

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,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.     

压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件

研究了压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭形式解,讨论了位错方位、双材料电弹常数及裂纹钝化程度对位错屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,Burgers矢量为正的螺型位错可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随位错方位角及位错与裂纹尖端距...     

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。     

含中心裂纹压电体的二维精确解

解析地研究了含中心裂纹的压电体，它在无穷远处承受机电载荷，并在裂面上满足由Parton和Kudryavtsev以及Hao和Shen提出的绝对电边界条件。在平面应变假设下，给出其二维精确解，并提供了机械应变能释放率和裂尖能量释放率等数值结果。考虑工业应用范围之内常用的远场载荷时，由绝对电边界条件得出的能量释放率表现出明显的非线性特征及载荷相关性，而不是完全与电场无关，这一结论与Xu和Rajapakse在较小载荷下得到的规律不同。     

层状磁电复合材料界面共线裂纹平面问题分析

本文研究了面内电磁势载荷作用下双层压电压磁复合材料中共线界面裂纹问题．考虑了压电材料的导磁性质和压磁材料的介电性质,引入了界面电位移和磁感强度的连续性条件．利用Fourier 变换得到一组第二类Cauchy 型奇异积分方程．进一步导出了相应问题的应力强度因子、电位移强度因子和磁感强度强度因子的表达式,给出了应力强度因子的数值结果．结果表明电磁载荷会导致界面裂纹尖端I、II 混合型应力奇异性,同时还伴随着电位移和磁感强度的奇异性．比较了双裂纹左右端的应力强度因子,发现在面内极化方向上施加面内磁势载荷时共线裂纹内侧尖端区域的两个法向应力场发生互相干涉增强．     

一维六方准晶压电材料反平面Ⅲ型裂纹电塑性分析

论文基于一维六方准晶压电材料反平面问题的基本方程,对Ⅲ型裂纹的电塑性区进行分析.采用条带模型并假设在电塑性区的切应力保持为常数,得到了电塑性区大小的表达式.这种假设方式消除了电场和应力在裂纹尖端的奇异性,这与实际情况相符合,也为一维六方准晶压电材料的断裂分析提供了理论基础.