横观各向同性压电材料中正三角形孔口快速传播裂纹的解析解

利用复变函数方法,通过引入合适的数值保角映射研究了横观各向同性压电材料中正三角形孔口快速传播裂纹的反平面剪切问题,并在电非渗透型与电渗透型两种边界条件下,结合柯西积分,导出了力-电耦合作用下以速度v传播时的Ⅲ型裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解.最后,考虑面内电载荷和面外机械载荷共同作用,分析了三角形孔尺寸、裂纹尺寸、外载变化对裂尖场强度因子的影响.     

三维横观各向同性介质界面裂纹的边界积分方程方法

基于两相三维横观各向同性介质的基本解和Somigliana恒等式,对三维横观各向同性介质中的任意形状的平片界面裂纹,以裂纹面上的不连续位移为待求参量建立了超奇异积分_微分方程,界面平行于横观各向同性面.根据发散积分的有限部积分理论,应用积分方程方法研究得到裂纹前沿的位移和应力场的表达式、奇性指数以及应力强度因子的不连续位移表达式.在非震荡情形下,超奇异积分_微分方程退化为超奇异积分方程,与均匀介质的超奇异积分方程形式完全相同.     

四点弯曲压电梁导电裂纹尖端附近的横观各向同性损伤

根据电焓密度函数建立了压电材料静态损伤本构模型,详细讨论了横观各向同性力电损伤的一些特征,最后通过对四点弯曲PZT-PIC151梁跨中导电裂纹附近横观各向同性损伤的数值分析,研究了裂纹深度和外加力、电载荷对损伤分布的影响规律．结果表明:裂纹深度和力载荷对力电损伤都有非常明显相似的影响,随着裂纹深度和力载荷的增大,裂纹尖端的力电损伤明显增大,范围也相应扩大;电载荷对力损伤完全不同于对电损伤的影响,电载荷单调地改变裂纹尖端力损伤的大小,不改变力损伤的区域尺寸,但是对电损伤的影响则比较复杂．     

压电材料中两个非对称平行裂纹的基本解

采用Schmidt方法分析压电材料中非对称平行的双可导通裂纹的断裂性能．利用Fourier变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程．为了求解对偶积分方程,直接把裂纹面位移差函数展开成Jacobi多项式形式．最终得到了裂纹的应力强度因子与电位移强度因子之间的关系．数值结果表明,应力强度因子和电位移强度因子与裂纹间的距离、裂纹的几何尺寸有关;与不可导通裂纹有关结果相比,可导通裂纹的电位移强度因子远小于相应问题不可导通裂纹的电位移强度因子．同时可以发现裂纹间的“屏蔽”效应也在压电材料中出现．     

横观各向同性压电材料的基本解

推导得到一组在体积力作用下压电材料平衡方程的一般解,对横观各向同性压电材料,利用一般解结合体积势理论及构造一类调和函数的方法,得到了无限体在集中力和点电荷作用下的位移和电势的有限形式的表达式,从而给出了边界元法中可用的基本解.     

利用Schmidt方法研究压电材料Ⅰ-型界面裂纹问题

在一定的假设条件下,即不考虑界面裂纹尖端处裂纹面的相互叠入现象,研究了压电材料Ⅰ-型界面裂纹问题．利用Fourier变换使问题的求解转换为求解两对对偶积分方程．进而把裂纹表面位移差展开成Jacobi多项式形式来求解对偶积分方程．结果表明裂纹尖端应力场和电位移场的奇异性与均匀材料裂纹问题的奇异性相同．当上下半平面材料相同时,解可以退化而得到其精确解．     

横观各向同性电磁弹性介质中裂纹对SH波的散射

研究横观各向同性电磁弹性介质中裂纹和反平面剪切波之间的相互作用．根据电磁弹性介质的平衡运动微分方程、电位移和磁感应强度微分方程,得到SH波传播的控制场方程．引入线性变换,将控制场方程简化为Helmholtz方程和两个Laplace方程A·D2通过Fourier变换,并采用非电磁渗透型裂面边界条件,得到了柯西奇异积分方程组．利用Chebyshev多项式求解积分方程,得到应力场、电场和磁场以及动应力强度因子的表达,并给出了数值算例．     

压电材料中两平行不相等界面裂纹的动态特性研究

利用Schmidt方法,研究了压电材料中两个平行不相等的可导通界面裂纹对简谐反平面剪切波的散射问题．利用Fourier变换,使问题的求解转换为对两对以裂纹面张开位移为未知变量的对偶积分方程的求解．数值计算结果表明,动态应力强度因子及电位移强度因子受裂纹的几何参数、入射波频率的影响．在特殊情况下,与已有结果进行了比较分析．同时,电位移强度因子远小于不可导通电边界条件下相应问题的结果．     

无限压电体内共线周期裂纹间的相互作用

研究了无限压电体内共线周期裂纹间的相互作用的问题,并且考虑了裂纹尖端的饱和条带作用．应用Stroh理论和保角变换方法,得到了共线裂纹的一般周期解A·D2对应力强度因子和饱和条带尺寸进行了理论推导,详细分析了它们与周期长和半裂纹长的比值h/l之间的关系．数值结果表明:1) 当h/l大于4.0时,裂纹之间的相互作用对应力强度因子影响较小,无限压电体内周期裂纹和单裂纹的值几乎相等．这表明当h大于4.0l时,建立裂纹扩展判据时可以近似忽略裂纹之间的相互作用;2) 周期裂纹的饱和条带尺寸趋近于单裂纹值的速度,取决于无穷远处的电载荷,通常无穷远处的电载荷越大,趋近速度越慢．     

横观各向同性饱和地基与中厚圆板的非轴对称动力相互作用

研究横观各向同性饱和土地基上中厚弹性圆板的非轴对称振动问题,即首先利用Fourier展开和Hankel变换技术,求解了简谐激励下横观各向同性饱和土地基的非轴对称Biot波动方程,然后按混合边值问题建立地基与弹性中厚圆板非轴对称动力相互作用的对偶积分方程,并将对偶积分方程化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程．文末给出了算例．数值结果表明,在一定频率范围内,地基表面的位移幅值随激振频率增加而增大,随距离的增大以振荡形式衰减变化．     

Scattering of Acoustoelectric Waves on a Cylindrical Inhomogeneity in a Transversely Isotropic Piezoelectric Medium

Scattering of acoustoelectric waves on a inhomogeneity is studied. The scatterer is a circular, continuous piezoelectric cylinder (fiber) embedded in a transversely isotropic piezoelectric medium. Expressions are found for the scattering amplitudes and total cross sections of three acoustoelectric waves propagating in the direction normal to the fiber axis. In the long-wave approximation, these expressions are obtained in an explicit form.     

压电螺型位错和含界面裂纹圆形夹杂的电弹干涉效应

研究了在无穷远反平面剪切和面内电场共同作用下压电材料基体中一个压电螺型位错与含界面裂纹圆形弹性夹杂的电弹耦合干涉作用．运用复变函数方法,获得了该问题的一般解答．作为典型算例,求出了界面含一条裂纹时,基体和夹杂区域复势函数的封闭形式解以及裂纹尖端应力和电位移场强度因子．应用扰动技术和广义Peach-Koehler公式,导出了位错力的解析表达式．数值结果表明,界面裂纹对压电螺型位错与夹杂的干涉具有强烈扰动效应,当裂纹长度达到临界值时,可以改变其干涉机理．同时,分析说明压电材料中软夹杂可以排斥基体中的位错．     

有限高狭长压电体中半无限反平面裂纹分析

利用保角变换和复变函数方法,研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下的有限高狭长压电体中半无限裂纹的断裂问题,给出了电不可通边界条件下裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解．当狭长体高度趋于无限大时,可得到无限大压电体中半无限裂纹的解析解．若不考虑电场作用,所得解可退化为纯弹性材料的已知结果．此外,通过数值算例,分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及机电载荷对机械应变能释放率的影响规律．     

横观各向同性饱和地基上刚性圆板的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和半空间上刚性圆板在简谐扭转荷载作用下的振动问题．运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土的动力控制方程,结合混合边界条件得出了刚性基础的扭转对偶积分方程,并将对偶积分方程转化为第二类Fredholm积分方程求解了基础的扭转振动问题,同时给出了动力柔度系数,基础的角位移幅值和基底接触剪应力的表达式．通过数值算例研究了地基的各向异性程度对基础扭转振动的影响．     

半平面压电体的Green函数及其应用

本文研究半平面压电体在线力、电荷和位错作用下的弹性场和电场，即Green函数．基于各向异性弹性力学中的Stroh方法和解析延拓理论，推导了Green函数的封闭形式的解．作为解的应用，分析了含半无限裂纹的无限大压电介质的机电耦合场，给出了应力和电位移强度因子的解析表达式．     

具有刚性双边裂纹的压电介质中的电荷相互作用分析

利用Stroh方法,研究了含双边固定导电裂纹的二维压电体在广义线力作用下的Green函数．首先分析的是因压电性和边界极化电荷所引起的作用在自由电荷上的Coulomb力．然后,再分析了双边裂纹附近的两个奇异点之间的相互作用问题（其中,至少一个奇异点处存在自由电荷）．数值计算表明:当两个或多个奇点互相靠近且奇点中至少存在一个自由电荷时,Coulomb力将明显影响压电介质内的力电场,这时的Coulomb力将不能再被忽略掉．所得结果不仅适用于平面和反平面问题,也适用于面内变形与面外变形相耦合的情况．