含缺陷功能梯度压电材料的动态断裂行为分析

摘要：

与传统的压电材料相比,功能梯度压电材料(functionally graded piezoelectric material,FGPM)具有力学性质(如压电常数、介电常数、弹性模量、密度等)沿某一方向连续变化的特点,从而可以避免应力集中,有效延长所构成元器件的使用寿命.在实际工程中,材料中的界面结构常常含有裂纹、空穴等多种形式的缺陷,在外载荷作用下缺陷附近的区域易发生应力集中甚至断裂.目前,对于功能梯度压电材料断裂问题的研究仅限于单一形式的缺陷,即在材料界面处仅存在空穴或仅存在裂纹,对于复合型缺陷的研究还很少.针对反平面剪切波作用下的含孔边激发界面裂纹缺陷的双相FGPM,提出一种分析其裂尖场动应力集中问题的计算方法.通过采用Green函数法、坐标变换法、裂纹"切割"与"契合"技术构建力学模型,将裂纹问题转化为第一类Fredholm型积分方程的求解,从而得到动应力强度因子(dynamic stress intensity factor,DSIF)的理论表达式.最后,给出数值算例,分析了缺陷的几何形状、入射波特性以及材料的非均匀性等因素对DSIF的影响,结果的正确性则通过与Griffith裂纹模型对比来验证.

关键词：功能梯度压电材料(FGPM)、界面裂纹、空洞、Green函数、反平面剪切波、动应力强度因子(DSIF)

所属期刊栏目：41

分类号：O343.4(固体力学)

资助基金：中国高校科学基金HEUCFP201846

在线出版日期：2022-05-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：126-134