壓電材料已經(jīng)在許多工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,對(duì)其斷裂問題的研究也引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。本文借助Stroh理論,對(duì)壓電材料內(nèi)的單裂紋問題、多裂紋問題以及界面裂紋問題展開研究,給出了相應(yīng)問題的解析解和數(shù)值結(jié)果,探討了在不同力-電載荷以及材料常數(shù)情況下,壓電體表面靜電力,即Maxwell應(yīng)力,對(duì)壓電材料斷裂的影響。主要內(nèi)容如下:（1）利用機(jī)械位錯(cuò)與電位錯(cuò)理論,研究了含半穿透裂紋壓電材料帶狀電介質(zhì)失效（DB）模型的解,揭示了裂紋內(nèi)部電位移的分布情況,得到了場強(qiáng)度因子的解析解。結(jié)果表明:DB模型與帶狀極化飽和（PS）模型在本質(zhì)上是一致,二者均預(yù)測(cè)裂紋表面與基體外表面上Maxwell應(yīng)力將對(duì)場強(qiáng)度因子、電失效區(qū)尺寸產(chǎn)生較大的影響。（2）利用半穿透裂紋模型并采用保角變換與函數(shù)代換的方式,分別研究了共線雙裂紋與周期性裂紋問題的解,給出了裂紋間的相互作用關(guān)系,分析了裂紋內(nèi)介質(zhì)與環(huán)境介質(zhì)的介電常數(shù)對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。（3）針對(duì)雙壓電材料內(nèi)周期性裂紋問題,通過保角變換,給出了半穿透裂紋近似的解析解,并通過數(shù)值積分驗(yàn)證了此解的正確性。結(jié)果表明:在界面周期性裂紋中部,電位移是常數(shù),而在裂紋尖端,應(yīng)力與電場的強(qiáng)度因子... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

正壓電效應(yīng)：機(jī)械載荷使材料產(chǎn)生電荷

產(chǎn)生電荷的正壓電效應(yīng)（圖 1.1）。隨后，其逆效應(yīng)（圖1.2）：在電場作用下，材料將發(fā)生形變的逆壓電效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，這種力電相互轉(zhuǎn)換的特性，猶如發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換一般。此外，諸如彈性、介電性、熱釋電性、光電性等特性[2]，也被學(xué)者發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于各領(lǐng)域中。由于其優(yōu)良的特性，以壓電材料為基礎(chǔ)的器件與結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用。壓電材料，如石英晶體(SiO2)、鈮酸鋰(LiNbO3)等，廣泛用于晶體振蕩器的制作，其在交變電場作用下，能保持穩(wěn)定的振動(dòng)頻率，是制作頻率控制器的重要組成部分，同時(shí)，也可利用其達(dá)到濾波的作用。早期的石英晶體壓電性低，價(jià)格較為昂貴，同時(shí)難以加工成任意形狀，但其穩(wěn)定性、絕緣性使其在一些精度要求較高的儀器或傳感器中是最佳的選擇。自上世紀(jì) 40 年代末在 BaTiO3陶瓷的研發(fā)與應(yīng)用之后，鋯鈦酸鉛(PZT)與三元系(PCM)等壓電陶瓷的研發(fā)，加快了壓電材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用速度。壓電陶瓷是經(jīng)極化處理后具有壓電相互轉(zhuǎn)化的陶瓷材料。壓電陶瓷材料與壓電晶體相比，具有更高的壓電性與介電常數(shù)，且便于制造，可加工成復(fù)雜的形狀。由于其較強(qiáng)的壓電性能，工業(yè)上應(yīng)用也最廣，如

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文化與分布。利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)微位移的精確控制。由其制成的剛性位移驅(qū)動(dòng)電陶瓷的多層堆棧，實(shí)現(xiàn)了較大的變形量，也可通過兩種材料的粘接，利用材料�，F(xiàn)彎曲的控制；而由壓電材料制成的諧振位移驅(qū)動(dòng)器：超聲電機(jī)，分為接觸式與非接功率與效率仍有待提高。最后，將壓電材料制成聚合物，植入鞋底、路面或放置于海面，利用機(jī)械能與電能，制造發(fā)電裝置。特別是從海洋中獲取能源，由于潮汐力的影響，海流與海浪中蘊(yùn)能量。在環(huán)海的區(qū)域上，利用海流發(fā)電接近無污染。壓電聚合物具有良好的耐腐蝕也易于維護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無限壓電體內(nèi)共線周期裂紋間的相互作用[J]. 崔之健,胡洪平,楊峰.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2008(07)
[2]陶瓷/聚合物壓電復(fù)合材料的國內(nèi)外概況和應(yīng)用展望[J]. 游達(dá),董玉林,張聯(lián)盟.  新材料產(chǎn)業(yè). 2002(09)

博士論文
[1]壓電壓磁固體斷裂理論及數(shù)值方法研究[D]. 范翠英.蘭州大學(xué) 2010



本文編號(hào)：2993261