《功能梯度電磁彈複合材料的多裂紋動態斷裂行為研究》是依託大連理工大學,由周震寰擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：功能梯度電磁彈複合材料的多裂紋動態斷裂行為研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周震寰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著科學和技術的迅猛發展，具有多物理場耦合特性的電磁彈複合材料已經廣泛套用於先進設備和智慧型元件的製造業中。該類材料在動態荷載環境下服役的安全問題，已經成為工程中亟待解決的關鍵問題。本項目以一類具有功能梯度分布的電磁彈複合材料為研究對象，針對其在動態荷載作用下的多裂紋斷裂問題展開研究。主要內容包括：建立功能梯度電磁彈複合材料的多裂紋斷裂力學模型；針對四種理想電磁裂紋面假定，求解多裂紋附近的奇異物理場，包括二維和三維問題；分析多裂紋之間的相互作用；研究該類材料斷裂行為的判斷方法。本項目旨在：全面認識該類材料的多裂紋動態斷裂行為；揭示多裂紋之間的作用機理以及影響規律；探明傳統斷裂準則的適用範圍，形成一個比較完善的評估系統。本基金項目的成功實施，將豐富該類材料的斷裂力學理論，為該類材料的安全評估以及抗裂紋設計提供科學依據。
結題摘要
材料科學已經成為當代社會物質文明進步的根本性支撐之一，是國民經濟、國防及其他高新技術產業發展不可或缺的物質基礎。本項目針對具有多物理場耦合特性的電磁彈性複合材料斷裂問題展開研究。主要研究內容包括：建立單相和多相電磁彈性複合材料的解析斷裂力學模型，求解四種理想電磁裂紋假設下的裂紋尖端奇異物理場和斷裂參數（強度因子和能量釋放率）的解析表達式；分析裂紋條件對斷裂參數的影響，討論現有斷裂參數的適用範圍並探討合理的斷裂準則；提出一種具有貝殼仿生結構的電磁彈性材料抗斷裂設計，揭示其增韌機理；提出一種適用於電磁彈性材料斷裂參數計算的辛離散有限元方法；開發功能梯度電磁彈性複合材料的多裂紋分析軟體系統，探明該類材料中多裂紋的斷裂行為和相互作用規律。本項目的主要研究成果包括：以辛本徵解函式解析表征了電磁彈性複合材料的裂紋尖端奇異物理場，將斷裂參數歸結為辛本徵解的特定項待定係數；以理想電磁裂紋假設評估了斷裂參數的適用範圍，提出了以強度因子和能量釋放率共同作為評價指標的評估準則；以結構仿生方式提出電磁彈性材料的增韌設計，提出在滿足最低強度需求的前提下儘量降低界面的連線強度設計方案；以高精度、高效率的辛離散有限元方法開發功能梯度電磁彈性材料的多裂紋斷裂分析軟體系統，探明了裂紋位置與裂紋間距對斷裂參數的影響規律。上述研究成果共發表學術論文22篇，其中SCI期刊論文12篇，獲得發明專利1項，授權軟體著作權2項。本項目的研究成果可以豐富斷裂力學研究，為電磁彈性材料的斷裂分析提供一種新的解析方法。同時，相關算法也為軟體分析平台提供了計算模組，有望為行業提供相關技術服務。
