為滿足工程機(jī)械中對(duì)薄膜基底結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的精確評(píng)價(jià),基于力電耦合有限元法對(duì)垂直于薄膜基底結(jié)構(gòu)間界面裂紋問(wèn)題進(jìn)行分析。研究了力電載荷作用下薄膜基底結(jié)構(gòu)裂紋長(zhǎng)度、厚度對(duì)裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)和電場(chǎng)的影響,并對(duì)壓電界面裂紋應(yīng)力集中因子和電場(chǎng)集中因子進(jìn)行求解。數(shù)值算例結(jié)果表明:電場(chǎng)強(qiáng)度在裂尖附近靠近薄膜的地方電場(chǎng)集中明顯,且薄膜內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度值大于基底內(nèi)的值;隨著界面處裂紋長(zhǎng)度的增大,應(yīng)力分量及電場(chǎng)強(qiáng)度值越大;薄膜與基底厚度比越小,應(yīng)力分量及電場(chǎng)強(qiáng)度值越大,且變化越來(lái)越明顯。

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圖1薄膜基底結(jié)構(gòu)界面內(nèi)裂紋簡(jiǎn)化模型Fig.1Asimplifiedmodelofcrackinafilmsubstratestructure表1材料常數(shù)

1278應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)第37卷TT=dduuFNtNf(25)T=dφQNp(26)其中：t為面力；f為體力；p為面電荷密度；為積分線邊界。4數(shù)值算例圖1為壓電薄膜與基底界面內(nèi)裂紋的簡(jiǎn)化模型，2x方向?yàn)闃O化方向，裂紋在薄膜基底界面處，裂紋與界面長(zhǎng)度比a∶b=1∶5，厚度比h1∶h2....

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