摘要:利用线性压电理论,在无限大压电材料物质上的格里菲思裂纹在外施加力和电场的作用下产生的应力和电场问题已经通过使用合适的边界条件解决了。针对模式一断裂的封闭形式解决方法是在有外在载荷的情况下解决裂缝的相关问题的。如果裂缝内电场在裂缝尖端不为零,通过将静电能引入到裂缝张力的计算中,能量释放率会成为外在载荷的第三提供者。这种理论可能会被用来解释一些出现在压电陶瓷的缩进时存在的非线性现象。
导语:智能结构采用智能材料在许多领域具有潜在的应用,尤其是在涉及到结构变形的运动控制中。在这些智能材料中,压电材料,形状记忆合金,电致伸缩材料,磁致伸缩材料已被广泛地应用于机电致动器和传感器。外力和电场之间的耦合为压电材料提供了一种机制,用于感测力学载荷所诱发电位变化,并通过外部电场改变结构响应。在压电材料中,压电陶瓷由于高压电性能被广泛使用。然而压电陶瓷在力学性能上易碎并且容易受到任何大小尺寸的裂缝的影响。当陶瓷被每米毫伏级别的静电场极化时,裂缝易产生不相容的内应力。
压电材料的结构可靠性已引起越来越多的关注,因为它们是被用在在微机电系统中的。关于压电陶瓷材料的损坏以及裂缝研究可以为压电材料的缺陷以及改善设备性能以提高系统可靠度带来福音。
总结:无限大压电材料上的裂缝在电场和应力作用下的机电问题通过在边界裂纹面上使用合适的电学边界条件来研究。目前已经找到四种关于横向各向同性6毫米的六方晶体类压电材料解决方案。电势,电场,电位移以及应力场的封闭形式解是通过使用傅里叶变换得到的。裂纹尖端前的应力和电场的具有奇异性,这与线性断裂力学相似。在没有电场的时候,裂纹里面的电场与机械负载成比例。在用模式一裂缝计算裂纹扩展力的时候通过将静电能量引入到裂纹中,我们发现如果裂纹内部电场在裂纹尖端不为零则裂纹扩展力会是外界施加的第三股作用。这是一种之前没有被处理过的非线性的现象。
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