《有序界面微結構對壓電/壓磁材料斷裂行為的影響研究》是依託東南大學，由張培偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有序界面微結構對壓電/壓磁材料斷裂行為的影響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張培偉
- 依託單位：東南大學
- 批准號：11202050
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
壓電/壓磁界面作為磁電複合材料的特有微結構對材料的力-電-磁耦合性能及斷裂行為具有不可忽視的作用，而目前關於界面分布對複合材料磁電耦合性能及斷裂行為的作用規律研究尚不完善，這一方面不利於磁電複合材料結構的最佳化設計和磁電耦合性能的準確預報，另一方面也阻礙了認識界面等微結構對磁電複合材料斷裂行為的影響規律。因此，本項目擬開展壓電/壓磁界面分布對磁電耦合效應影響規律以及界面微結構對材料斷裂行為影響規律的研究。測量含不同界面分布壓電/壓磁材料的磁電耦合係數，明確界面分布對磁電耦合性能的影響規律，通過引入表征界面密度和空間構型的參數修正磁電耦合預報理論，利用修正後的理論預報具有複雜有序界面分布的壓電/壓磁材料的性能，進而將界面微結構的長程作用與磁電材料的本構方程進行有機地結合，開展磁電複合材料斷裂問題的理論研究，闡明界面微結構對壓電/壓磁材料斷裂行為的作用規律，為完善磁電複合材料的本構模型提供思路。
結題摘要
本項目根據申請書中所計畫的研究內容，主要開展了如下工作： 1. 研究了1-3型和2-2型壓電/壓磁複合材料的磁電轉換效率。通過實驗測試和理論分析結果的比較發現，在相同體積分數的條件下，1-3型磁電複合材料比2-2型磁電複合材料具有較高的磁電轉換效率。由於複合材料中缺陷和弱界面的存在，理論預報的結果要高於實測的結果。同時，雖然在一定範圍內提高界面密度能夠改善磁電轉換效率，但是由於小尺寸結構也較容易引起電學邊界條件的變化，如電擊穿和壓電損耗。再者，不同界面形式的壓電/壓磁材料對於電磁荷載的頻率敏感度也不同。 2. 研究了共面裂紋在垂直入射平面波作用下的耦合擴展行為。推導了裂尖廣義應力強度因子和裂紋擴展能量釋放率，數值結果顯示，隨著裂紋尺度的變化，兩個裂紋的擴展呈現兩種不同的形式：（1）聯通成為一個較大裂紋，（2）分別獨立擴展。同時，當裂紋的尺寸較為狹長時，裂紋的起裂點可以位於裂紋邊緣的非中點處。 3. 開展了疲勞實驗和數值模擬。實驗研究了溫度和最大/最小載荷比等因素對試件疲勞壽命的影響。修正了疲勞損傷累積公式，編寫了單元疲勞損傷累積的子程式，通過對光滑試件和缺口試件的疲勞仿真，以及和實驗數據的對比，證明了該模擬方法的可靠性和疲勞壽命預報的正確性。 4. 對雙軸動載作用下裂紋的擴展行為進行了研究。考慮到壓電/壓磁材料受到正交的兩列平面彈性波作用，推導出了裂紋尖端的應力強度因子、能量釋放率和能量密度因子，在大多情況下，三種斷裂參數對裂紋起裂的預報是一致的，而能量密度因子除了能預報裂紋的起裂點，還能夠預報裂紋的起裂方向。另外，裂紋應力強度因子對於載荷的頻率非常敏感。 5. 研究了不同頻率應力波作用下裂紋的應力強度因子變化。結果顯示載荷頻率的差異和相位的差異都對裂紋的應力強度因子有顯著的影響。 在本項目的資助下，本人及合作者發表SCI收錄論文2篇，EI收錄論文2篇，另有在審論文2篇。在本項目的執行中，本人收穫了很多經驗和教訓，對後期的科研工作有很好的借鑑作用。
