多場耦合材料的界面力學(xué)和局部效應(yīng)研究.pdf

1、由于具有優(yōu)良的電力耦合性能，多場耦合材料如壓電材料、功能梯度壓電材料和壓電纖維復(fù)合材料等作為各種執(zhí)行器、傳感器等廣泛應(yīng)用于聲納發(fā)射器、水下潛艇、醫(yī)學(xué)超聲成像、健康檢測等智能結(jié)構(gòu)。對這類材料的研究具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用前景。 本文首先介紹了多場耦合材料的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，指出了在界面力學(xué)、局部效應(yīng)如奇異性、圣維南衰減等領(lǐng)域需要解決的問題。本文以多場耦合材料的界面力學(xué)和局部效應(yīng)為兩個(gè)主要研究內(nèi)容。 對于壓電纖維復(fù)合材

2、料，本文建立了修正的剪滯模型，以壓電纖維的push-out試驗(yàn)為例，考察了粘接界面和摩擦界面上的應(yīng)力傳遞和電場分布特征。對于部分脫粘界面，仍然以剪滯模型為基礎(chǔ)，用斷裂力學(xué)的方法建立了纖維脫粘的能量準(zhǔn)則，研究了材料參數(shù)、電場載荷等對能量釋放率和界面應(yīng)力傳遞及纖維電場分布的影響。此外，用勢函數(shù)法和漢克爾變換，解決了壓電纖維中的幣形裂紋問題，并考慮了彈性涂層尺寸、材料性能對幣形裂紋的影響。 對于壓電材料和功能梯度壓電材料，本文將它們的

3、控制方程導(dǎo)入哈密頓體系或空間狀態(tài)變量方程，利用分離變量法研究了壓電楔和具有環(huán)向材料性能變化的功能梯度壓電材料(AGPM)楔在反平面變形下的奇異性問題。數(shù)值結(jié)果表明，材料常數(shù)、楔角、材料梯度等因素對楔狀體的奇異性階次有重要的影響，因而可以利用這些因素來減小或避免應(yīng)力及電場集中現(xiàn)象。另一方面，用類似的方法研究了壓電材料和功能梯度材料在平面變形、反平面變形下的圣維南衰減問題。對于壓電材料發(fā)現(xiàn)存在兩種衰減模式，并且其衰減特征長度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性材