本文關鍵詞：電磁材料多場耦合行為臨界問題的研究　出處：《蘭州大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：塑性材料、壓電材料以及II類超導材料等都存在著類似的臨界問題,研究這些物理系統(tǒng)中的臨界問題是材料在實際工程應用中非常關注的課題。本學位論文針對這三類材料中的某些臨界物理問題,即塑性材料中裂紋尖端應力塑性區(qū),壓電材料裂紋尖端應力屈服區(qū)和電極化飽和區(qū)以及實用II類超導體臨界電流密度問題等作了進一步的理論研究。首先,對于塑性硬化材料的斷裂問題,通過假設和簡化非線性的本構方程,引入了硬化函數(shù)來描述裂紋尖端塑性區(qū)域的硬化程度。提出了塑性硬化材料裂紋的條帶硬化模型,消除了裂紋尖端應力奇異性,從而推導出了條帶硬化區(qū)的大小和裂紋尖端張開位移的解析表達式,分析討論了材料硬化參數(shù)對條帶硬化區(qū)大小和裂紋尖端張開位移的影響。成功解釋了根據(jù)大量實驗總結出的COD設計曲線對于屈服應力和極限應力比值超過75~80%的材料不再適用這種現(xiàn)象。此外還推導出了裂紋尖端張開位移和標稱應變之間的關系,通過和實驗區(qū)域進行對比,本文的理論結果全部落在實驗范圍內。其次,研究了外加電場對壓電材料裂紋擴展的影響。提出了裂紋尖端不僅存在電極化飽和區(qū),而且存在條帶應力屈服區(qū)。根據(jù)電極化飽和區(qū)和應力屈服區(qū)的大小,將壓電材料的斷裂問題分為兩類,分別推導出了兩類情形下的裂紋尖端電張開位移和機械張開位移,并進一步提出了新的壓電材料斷裂準則,即裂紋尖端機械張開位移。根據(jù)此準則,分析討論了造成實驗觀測上出現(xiàn)兩種以上不同實驗現(xiàn)象的原因,可能是由于裂紋前端不同程度的電疇翻轉造成電極化飽和區(qū)和應力屈服區(qū)的大小不同。最后,基于任意場相關臨界態(tài)模型研究了超導薄帶在不同物理環(huán)境下的電磁性質以及磁滯伸縮等力學性質。通過引入復場,采用保角變換方法得到了II類超導薄帶在外加電流、外加磁場、以及外加電流和磁場同時加載情形下的電流密度和磁場分布,推導出了適用任意場相關臨界態(tài)模型的積分方程組。對于小電流和小磁場情形時,得到了問題的解析表達式,從而避免求解復雜的積分方程組,而且證明場相關臨界態(tài)模型的結果和Bean模型的結果之間存在簡單的比例因子。分析了磁場和電流同時加載時‘類電流’分布和‘類磁場’分布特點,討論了和Bean模型結果的不同點�；贐ean模型和Kim模型,進一步計算了超導帶材在外加磁場上升階段和下降階段的體力、應力、位移分布,以及在一個周期外加磁場下的磁滯伸縮回線,并對兩種模型的結果進行了一一對比。根據(jù)Kim臨界態(tài)模型,在不同外加磁場下研究了不同橫截面形狀的超導帶材對臨界外加電流的影響。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O513

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本文編號：1314129