【摘要】：壓電介質(zhì)具有機(jī)-電耦合效應(yīng),可實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)和交流電的互相轉(zhuǎn)換,這使壓電介質(zhì)廣泛應(yīng)用于智能結(jié)構(gòu)和傳感器元件中,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自我診斷、自我修復(fù)等功能,因此在未來航空航天飛行器設(shè)計(jì)中占重要地位。壓電介質(zhì)是一種常見的新型智能材料,在國防軍工、機(jī)械設(shè)計(jì)等生產(chǎn)和生活都有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。由于各種自然原因,壓電材料在打磨合成的過程中會(huì)生產(chǎn)各種各樣的缺陷形式,例如在形狀上各不相同的孔隙,物理性質(zhì)不一致的夾雜,非常微小的縫隙和夾雜某部分的開裂脫膠,壓電元件都含有大量的類似缺陷形式,在壓電材料制造的板和柱體元件中都存在,比如由兩種壓電材料制作的板的接觸界面合成位置,壓電元件在進(jìn)行焊接時(shí)的焊縫等。因?yàn)閴弘娊橘|(zhì)具有壓電敏感性,所以這些缺陷對(duì)壓電介質(zhì)的力學(xué)性能和電學(xué)性能影響顯著,所以科研人員對(duì)含圓孔、夾雜和裂紋等缺陷的壓電介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行研究并取得大量研究成果。本文基于彈性力學(xué)理論,在線彈性范圍內(nèi)分別對(duì)含有多種缺陷的單相帶形壓電介質(zhì)模型和含圓形夾雜的雙相壓電介質(zhì)帶型域模型對(duì)SH型導(dǎo)波散射問題進(jìn)行分析。研究含圓形夾雜的單相壓電介質(zhì)帶型域模型對(duì)SH型導(dǎo)波的散射問題,應(yīng)用復(fù)變函數(shù)法和累次鏡像疊加法,推導(dǎo)出滿足上、下水平邊界應(yīng)力自由和電絕緣條件的SH型導(dǎo)波及其激發(fā)的電位勢(shì)函數(shù)表達(dá)式。利用圓形夾雜的邊界的力場和電場的連續(xù)性條件求解散射波表達(dá)式中的未知系數(shù),通過具體算例分析圓形夾雜邊界附近電場強(qiáng)度集中系數(shù)與應(yīng)力強(qiáng)度集中系數(shù)曲線的變化趨勢(shì)。研究SH型導(dǎo)波作用下含有部分脫膠圓形夾雜和直線裂紋的單相壓電介質(zhì)帶型域模型對(duì)的動(dòng)應(yīng)力問題,推導(dǎo)出SH型導(dǎo)波及其激發(fā)的電位勢(shì)函數(shù)表達(dá)式,利用Green函數(shù)法和“裂紋切割法”構(gòu)造裂紋和脫膠模型,給出處于裂紋尖端的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度因子與圓形夾雜邊界附近的應(yīng)力強(qiáng)度集中系數(shù)二者的數(shù)值結(jié)果并進(jìn)行討論。研究SH型導(dǎo)波作用下含有多個(gè)部分脫膠圓形夾雜和直線裂紋的單相壓電介質(zhì)帶型域模型對(duì)的動(dòng)應(yīng)力問題,推導(dǎo)出SH型導(dǎo)波及其激發(fā)的電位勢(shì)函數(shù)表達(dá)式,利用Green函數(shù)法和“裂紋切割法”構(gòu)造裂紋和脫膠模型,給出處于裂紋尖端動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度因子與圓形夾雜邊界附近的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度集中系數(shù)的變化曲線并進(jìn)行分析。研究雙相壓電介質(zhì)帶型域中界面附近圓形夾雜對(duì)SH型導(dǎo)波的散射問題,首先,將雙相壓電介質(zhì)帶型域模型沿垂直邊界分成兩部分,構(gòu)造適合此問題的Green函數(shù),在垂直邊界上任意位置作用一個(gè)出平面線源荷載,利用圓形夾雜周邊連續(xù)性條件求解未知系數(shù),得到當(dāng)線源荷載作用時(shí)壓電材料中電位勢(shì)與位移函數(shù)二者的表達(dá)式。當(dāng)SH導(dǎo)波在帶型域中作用時(shí),帶型域中的各種波函數(shù)均滿足水平邊界上應(yīng)力自由與電絕緣,多次利用“鏡像法”對(duì)波函數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行構(gòu)造。其次,采用“契合法”在剖分面的垂直邊界上分別施加未知出平面外力系,對(duì)積分方程組進(jìn)行處理并求解。最后,利用“契合法”建立第一類Fredholm積分方程組并求解,在具體算例中分析圓形夾雜邊界附近的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度集中系數(shù)曲線的變化規(guī)律。研究雙相壓電介質(zhì)帶型域中界面裂紋附近圓形夾雜對(duì)SH型導(dǎo)波的散射問題,首先,將雙相壓電介質(zhì)帶型域模型沿垂直邊界分成兩部分,構(gòu)造適合此問題的Green函數(shù),在垂直邊界上任意位置作用一個(gè)出平面線源荷載,利用圓形夾雜周邊連續(xù)性條件求解未知系數(shù),得到當(dāng)線源荷載作用時(shí)壓電材料中電位勢(shì)與位移函數(shù)二者的表達(dá)式。當(dāng)SH導(dǎo)波在帶型域中作用時(shí),帶型域中的各種波函數(shù)均滿足水平邊界上應(yīng)力自由與電絕緣,多次利用“鏡像法”對(duì)波函數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行構(gòu)造。其次,采用“契合法”在剖分面的垂直邊界上分別施加未知出平面外力系,對(duì)積分方程組進(jìn)行處理并求解,利用“裂紋切割技術(shù)”構(gòu)造出界面裂紋。最后,利用“契合法”建立第一類Fredholm積分方程組并求解,在具體算例中對(duì)處于裂紋尖端的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度因子與圓形夾雜邊界附近的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度集中系數(shù)曲線的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O347.41
【圖文】：

圖 1.1 神戶大地震中高架橋的破壞Fig.1.1 the destruction of the viaduct in Kobe earthquake羅哈 243 航班，飛機(jī)在行駛過程中，艙頂?shù)?5 米多部分突然 160 公里的強(qiáng)風(fēng)沖擊，乘務(wù)員被強(qiáng)風(fēng)從撕裂部分的裂縫中吸料受損的原因主要是老化和腐蝕，導(dǎo)致機(jī)身材料出現(xiàn)裂紋，以形成裂紋，在飛行中每次客艙加壓釋壓，機(jī)身都會(huì)膨脹收些鉚釘處的裂紋連成一片就會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)部分撕裂解體，對(duì)于不性波動(dòng)理論，研發(fā)出“移動(dòng)自動(dòng)掃描儀”，在沒有把飛機(jī)拆卸老化裂紋，腐蝕，黏性失效進(jìn)行修復(fù)。

圖 1.1 神戶大地震中高架橋的破壞Fig.1.1 the destruction of the viaduct in Kobe earthquake羅哈 243 航班，飛機(jī)在行駛過程中，艙頂?shù)?5 米多部分突160 公里的強(qiáng)風(fēng)沖擊，乘務(wù)員被強(qiáng)風(fēng)從撕裂部分的裂縫中受損的原因主要是老化和腐蝕，導(dǎo)致機(jī)身材料出現(xiàn)裂紋形成裂紋，在飛行中每次客艙加壓釋壓，機(jī)身都會(huì)膨脹鉚釘處的裂紋連成一片就會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)部分撕裂解體，對(duì)于波動(dòng)理論，研發(fā)出“移動(dòng)自動(dòng)掃描儀”，在沒有把飛機(jī)拆化裂紋，腐蝕，黏性失效進(jìn)行修復(fù)。

本文編號(hào)：2718533