《動態載荷作用下壓電材料的斷裂》是依託南京航空航天大學，由高存法擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：動態載荷作用下壓電材料的斷裂
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：高存法
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
套用理論和實驗相結合、巨觀與微觀分析相結合的方法,面向航空航天重大力學問題，研究壓電材料在動態複雜載荷作用下的斷裂力學行為。在理論研究方面，重點研究在交變電載荷、熱衝擊載荷、電聲波和瞬態慣性衝擊載荷、隨機載荷和動態多場耦合載荷作用下壓電材料的斷裂力學問題；在實驗研究方面，重點進行壓電材料或結構在動態多場耦合載荷、熱衝擊載荷、瞬態慣性力場和隨機載荷等作用下的斷裂實驗研究等。創新點包括：首次提出 可變電容器裂紋模型和變熱流裂紋模型等，從而可望揭示壓電材料系統的能量耗散機理；首次建立隨機載荷作用下壓電材料內的裂紋擴展模型和首次提出動態多場耦合條件下壓電材料多尺度斷裂分析模型等。通過上述研究，探索壓電材料在動態複雜載荷作用下的失效機理，發展壓電材料動態斷裂力學理論，建立宏-微觀多場耦合斷裂失效準則，為壓電材料器件的安全可靠性設計奠定理論基礎。
結題摘要
壓電材料由於具有良好的介電、壓電和熱電特性，在眾多工程領域具有十分誘人的發展和套用前景。可是，壓電材料製作的元器件一般是在力、電、熱和磁等動態載荷作用下工作，經常導致壓電元器件的斷裂與功能失效。因此，研究動態載荷作用下壓電材料的斷裂問題具有科學和工程意義。 本項目套用理論和實驗相結合、巨觀與微觀分析相結合的方法,研究壓電材料在動態複雜載荷作用下的斷裂力學行為。主要研究內容及創新點包括：（1）提出“可變電容器”裂紋模型，研究了在交變電場作用下裂紋內部電場的變化規律及其對斷裂的效應，並從能量釋放率出發系統地研究了裂紋內部電能的耗散機理，給出了裂紋尖端能量釋放率的解析表達式。（2）發展了放電裂紋模型，研究了氣體放電和固體電擊穿的效應，給出了放電前、後裂紋尖端能量釋放率與應力強度因子的解析表達式，揭示了放電的熱效應以及電樹形成機理，發展了電致損傷力學模型。（3）建立了Yoffe移動裂紋複變函數解法，給出了場變數的矩陣表達式，為研究複雜載荷條件下的Yoffe移動裂紋問題奠定了基礎，特別是針對電半穿透型Yoffe裂紋，探討了裂紋表面Maxwell應力對裂紋擴展的影響。（4）發展了相場理論在模擬壓電材料微結構動態演化方面的套用。基於相場理論體系，研究了壓電材料裂紋內部電場的變化規律和能量耗散機理，探索了裂紋內動態電場對裂紋擴展的影響，以及裂紋附近疇結構在動載荷下的疇變機理，加深了人們對壓電材料動態斷裂機理的認識。（5）研究了電聲波和彈性波作用下壓電材料的斷裂行為，探討了壓電器件中的電極對工作電聲波的散射作用，以及電極與壓電體之間界面裂紋的萌生和擴展對電聲波頻率與波速的影響等。通過上述研究，加深了人們對動態載荷作用下壓電材料斷裂失效機理的認識，推動了壓電材料動態斷裂力學的發展，為壓電材料元器件的安全可靠性設計奠定了理論基礎。
