壓電材料和準(zhǔn)晶材料的壓痕分析.pdf

1、壓電材料作為典型的多場(chǎng)耦合材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智能結(jié)構(gòu)以及傳感器和驅(qū)動(dòng)器等器件中。隨著微機(jī)電和納機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，薄膜或?qū)訝罱橘|(zhì)形式的壓電材料越來越得到重視。準(zhǔn)晶材料由于其獨(dú)特的準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)以及聲子場(chǎng)和相位子場(chǎng)的耦合特性也引起了廣泛的研究興趣。大量的研究開始采用壓痕實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行多場(chǎng)耦合材料的性能測(cè)試。準(zhǔn)確的壓痕響應(yīng)理論分析將十分有助于設(shè)計(jì)壓痕實(shí)驗(yàn)，也是定量分析材料常數(shù)的必要依據(jù)。本文工作基于壓痕技術(shù)目前應(yīng)用于多場(chǎng)耦合材料性能測(cè)試的實(shí)際需求

2、，進(jìn)行了相應(yīng)接觸問題的理論建模和求解。
　　 基于線彈性力學(xué)中混合邊值問題的求解體系，本文研究了橫觀各向同性壓電材料以及一維六方和二維六方準(zhǔn)晶材料的軸對(duì)稱接觸問題。首先基于Hankel積分變換或勢(shì)理論方法推導(dǎo)出表面作用各種點(diǎn)荷載的Green函數(shù)解，接著將其代入相應(yīng)的接觸邊界條件推導(dǎo)出控制接觸問題的Fredholm積分方程，最后求解積分方程得出壓痕響應(yīng)的解。
　　 本文研究了壓電薄膜.彈性基底系統(tǒng)和壓電層狀介質(zhì)的無摩擦接觸

3、問題，壓電材料半空間的完全粘附接觸問題以及一維和二維準(zhǔn)晶材料半空間的無摩擦接觸問題。本文考慮了平底圓柱、球形和錐形三種典型形狀壓頭與材料的接觸，在分層模型中還考慮了各種層間界面模型。對(duì)于半空間材料的接觸問題給出了精確解析解，對(duì)于分層介質(zhì)接觸問題進(jìn)行了數(shù)值求解。數(shù)值算例分析了各種條件對(duì)壓痕響應(yīng)的影響，對(duì)比了層狀介質(zhì)接觸問題的解與半空間材料的解以及完全粘附接觸問題與無摩擦接觸問題的解，繪出了準(zhǔn)晶體在壓頭作用下的應(yīng)力云圖。
　　 本文