Investigation of the Scattering of Harmonic Elastic Waves by Two Collinear Symmetric Cracks Using the Non-Local Theory

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｌａｓｔｆｏｕｒｄｅｃａｄｅｓｈａｖｅｗｉｔｎｅｓｓｅｄｔｈｅｉｎａｕｇｕｒａｔｉｏｎｏｆａｎｏｖｅｌｔｈｅｏｒｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｂｏｄｉｅｓ,ｎａｍｅｄｔｈｅｎｏｎ＿ｌｏｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ.ＴｈｉｓｗａｓｄｏｎｅｐｒｉｍａｒｉｌｙｄｕｅｔｏｔｈｅｅｆｆｏｒｔｓｏｆＥｄｅｌｅｎ[1],Ｅｒｉｎｇｅｎ[2 ],ＧｒｅｅｎａｎｄＲｉｖｌｉｎ[3].Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｏｎ＿ｌｏｃａｌｔｈｅｏｒｙ ,ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｔａｐｏｉｎｔＸｉｎａｂｏｄｙｄｅｐｅｎｄｓｎｏ…     

含随机分布缺陷的多晶铁电材料的有效电弹性能

针对铁电材料含有随机分布缺陷以及微结构在外场作用下发生变化的特点,建立起一个细观统计力学模型,考虑到缺陷和酶极化转动之间的相互影响,利用细观力学方法－Eshelby等效夹杂法和Mori-Tanaka的平均理论,具体分析了所含缺陷以及外场对铁电材料有效电弹性能和模量的影响。针对BaTiO3铁电陶瓷的有效电弹性能与常数的预报结果表明了缺陷的存在将增强材料的压电性能。     

由上下电极覆盖的铁电薄膜中最小180度电畴尺寸

在较低的电压下,铁电畴发生反转的性能对于研发高密度铁电存储器是至关重要的．为了实现高密度存储,铁电畴必须做得愈小愈好．然而,当外加电场撤去后,很小的铁电畴是不稳定的,会发生缩小,直致消失,导致存储的信息消失．为解决此问题,发展了一种通用的方法用于决定避免反向反转的铁电畴的尺寸．做为一个例子,确定了由上下电极覆盖的铁电薄膜中最小180度电畴尺寸．该研究可以用于许多相似的问题．     

压电压磁复合材料中一对平行裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法对压电压磁复合材料中一对平行对称裂纹对反平面简谐波的散射问题进行了分析,借助富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程．在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式,最终获得了应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子三者之间的关系．结果表明,压电压磁复合材料中平行裂纹动态反平面断裂问题的应力奇异性与一般弹性材料中的动态反平面断裂问题的应力奇异性相同,同时讨论了裂纹间的屏蔽效应．     

畴极化转动对多晶铁电材料断裂特性的影响

主要基于细观力学方法揭示了畴极化转动对多晶铁电陶瓷的各向异性断裂特性的平均影响。首先,用Eshelby-Mori-Tanaka理论和统计模型分析了无穷大铁电材料体中一椭球夹杂的内、外电弹性场,得到畴极化转动对电弹性场的平均影响;其次,推导了等效多晶铁电陶瓷中含一钱币状裂纹的裂纹扩展力(能量释放率)G_ext,并用它估计了畴极化转动对多晶铁电陶瓷断裂特性的影响。对BaTiO₃陶瓷中裂纹扩展力的计算结果表明,对多晶铁电材料断裂特性分析必须考虑畴极化转动的影响。计算结果得出了与实验相一致的结论:在受较小的力时,外加电场对裂纹扩展产生较大的影响,而且在某种程度上能促进了裂纹扩展。     

Basic solution of two parallel non-symmetric permeable cracks in piezoelectric materials

The behavior of two parallel non-symmetric cracks in piezoelectric materials subjected to the anti-plane shear loading was studied by the Schmidt method for the permeable crack electric boundary conditions. Through the Fourier transform, the present problem can be solved with two pairs of dual integral equations ip which the unknown variables are the jumps of displacements across crack surfaces. To solve the dual integral equations, the jumps of displacements across crack surfaces were directly expanded in a series of Jacobi polynomials. Finally, the relations between electric displacement intensity factors and stress intensity factors at crack tips can be obtained. Numerical examples are provided to show the effect of the distance between two cracks upon stress and electric displacement intensity factors at crack tips. Contrary to the impermeable crack surface condition solution, it is found that electric displacement intensity factors for the permeable crack surface conditions are much smaller than those for the impermeable crack surface conditions. At the same time, it can be found that the crack shielding effect is also present in the piezoelectric materials.     

压电压磁复合材料中界面裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法分析了压电压磁复合材料中可导通界面裂纹对反平面简谐波的散射问题．经过富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程A·D2在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式．数值模拟分析了裂纹长度、波速和入射波频率对应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子的影响A·D2从结果中可以看出,压电压磁复合材料中可导通界面裂纹的反平面问题的应力奇异性形式与一般弹性材料中的反平面问题应力奇异性形式相同．     

位于两不同正交各向异性半平面间张开型界面裂纹的性能分析

利用Schmidt方法分析了位于正交各向异性材料中的张开型界面裂纹问题．经富立叶变换使问题的求解转换为求解两对对偶积分方程,其中对偶积分方程的变量为裂纹面张开位移．最终获得了应力强度因子的数值解．与以前有关界面裂纹问题的解相比,没遇到数学上难以处理的应力振荡奇异性,裂纹尖端应力场的奇异性与均匀材料中裂纹尖端应力场的奇异性相同．同时当上下半平面材料相同时,可以得到其精确解．     

采用新方法研究加层压电材料中平行界面共线双裂纹的断裂问题

利用新的方法(Schmidt方法)研究加层压电材料中含共线并与材料界面平行的双裂纹在稳态弹性波作用下的动态问题,经富立叶变换使问题的求解转换为求解两对三重对偶积分方程.这些方程可以采用Schmidt方法来求解,这个方法不同与以前求解所利用的方法.结果表明应力强度因子不仅与裂纹的几何尺寸、入射波频率、加层厚度有关,而且与材料性质有关.     

Research for the strain energy release rate of complex cracks by using point-by-point closed extrapolation approach

IntroductionTheresearchforcalculatingstrainenergyreleaserateisaveryimportanttaskforsolvingfracturemechanicsproblems.Inthepreviouscalculationforenergyreleaserate,externalforceworkwassubtractedbystrainenergy ,whichisthemethodoffreeenergy[1],thenodalforcesandnodaldisplacementsbetweentopandbottomsurfacesofcrackwasalsousedtocalculateenergyreleaserate[2 - 5 ].Theyarebothapproximatecalculations.Theformeriscomplex ,althoughtherearesomeadvisablefeaturesindefinition ,andawholecalculationforstrainenergy …