半无限压电材料界面附近圆孔与裂纹的动力反平面特性

【摘要】： 众所周知，压电材料的力电耦合特性使其在智能材料领域得到了广泛的应用。由于压电材料在制造生产过程中会产生的裂纹、孔洞、夹杂等缺陷的影响，在力电耦合作用下，它们可能会过早地失效破坏。所以，研究含浅表面缺陷压电材料的动力学特性有很重要的理论意义，同时对压电传感器或执行器的设计和制造也有参考意义。 本文在线弹性范畴内，采用复变函数、Green函数、多级坐标方法研究了半无限压电材料中圆孔及其附近裂纹对SH波的散射问题。首先构造出适合本文问题的Green函数，即含圆孔的半无限压电介质内任意一点承受时间谐和的反平面线源力荷载作用时位移场和电场的基本解。其次，采用裂纹“切割”方法构造裂纹：沿裂纹位置施加反向应力，即在欲出现裂纹区域加置与圆形孔洞对SH波散射产生应力相对应的大小相等，方向相反的反平面荷载，从而构造出裂纹，得到圆形孔洞和裂纹同时存在条件下的位移场与电场。从而得到半无限压电介质中圆孔周边的动应力集中系数和裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式。最后，给出了几种情况的数值算例，并讨论了入射波频率、材料的压电特征参数、入射角度、圆孔的深度、裂纹位置和方向对动应力集中系数和动应力强度因子的影响。