热-力-电载荷作用下压电材料的断裂研究

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压电材料在换能器、驱动器、传感器等智能器件与结构中具有广泛的应用,但其脆性使其在多场载荷作用下易产生裂纹,导致器件或结构断裂破坏。因此,研究多场载荷作用下含裂纹压电材料的断裂问题具有重要的理论和工程意义。  本文基于线性压电理论,并结合复变函数方法与积分变换公式,对含裂纹压电材料在多场载荷作用下的断裂问题进行了研究。主要内容如下:  1)研究了含半绝缘裂纹的无限大压电板在热—电载荷作用下的断裂问题。通过利用复变函数法和Hilbert问题的基本解,得到了应力场强度因子的解,并通过数值算例,讨论了热绝缘系数、电绝缘系数以及裂纹长度对应力强度因子的影响;  2)研究了含绝缘边裂纹的半平面压电板在受到热—力—电载荷作用下的断裂。基于保角变换,获得了温度场复势函数、电弹性场复势函数与场强度因子的解析表达式,并给出了几个数值算例;  3)研究了含半绝缘裂纹的压电条上、下表面在受到不同温度与电载荷作用时的断裂问题。基于压电材料的本构方程、热控制方程和边界条件,并结合Fourier变换和奇异积分公式法,获得了压电板条内温度场和应力场的解。
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