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压电材料断裂行为的数值模拟

于健  
【摘要】:本文首先回顾了断裂力学及压电材料的研究进展,重点回顾了压电陶瓷的理论研究和断裂力学在压电陶瓷中的应用状况,并简要介绍了针对压电陶瓷断裂的各个断裂准则的研究情况,以及有限元法在压电陶瓷断裂力学中的进展,而后用ANSYS对压电材料的中心裂纹情况进行数值模拟。随后,根据现今国内外对压电材料的研究状况,描述了压电陶瓷裂尖的应力场,并介绍了应力强度因子作为断裂准则的研究情况,接着分析了能量释放率断裂准则在压电陶瓷断裂中的应用,利用J积分、能量释放率等方法,分别对模拟的断裂模型求得了机械能量释放率、总能量释放率,并对计算结果进行了比较分析。随后对紧凑拉伸实验过程进行数值模拟,研究由J积分、能量释放率方法计算的机械能量释放率在判断裂纹开裂情况的可行性,再对三点弯实验过程进行数值模拟,研究压电陶瓷在混合模式断裂下的裂纹开裂以及偏折情况,分析机械能量释放率和总能量释放率在判断裂纹偏折中的作用,同时对有限元模拟的数值结果与有关的实验结果进行比较。


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