鐵電材料微結構演化與裂紋相互作用研究

《鐵電材料微結構演化與裂紋相互作用研究》是依託南京航空航天大學，由高存法擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵電材料微結構演化與裂紋相互作用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高存法
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

當含裂紋的鐵電材料受外場作用時可在裂紋內形成非常高的電場，影響附近材料的微結構演化；反過來，微結構演化將耗散裂紋內的電能，改變其內部的電場。本項目套用實驗和相場模擬相結合的方法，研究鐵電材料微結構演化與裂紋之間的相互作用以及這種作用對裂紋擴展行為的影響。創新點包括在相場模型中考慮了裂紋內的電場對疇變的影響以及提出雙核模型、電夾雜模型和裂紋橋 模型等。主要研究內容：（1）套用相場法，研究裂紋內部的電場對微結構演化的影響；（2）套用雙核模型，研究裂紋與疇變區（雙核）之間的能量交換對能量釋放率的影響；（3）套用點缺陷模型，研究點電荷的扎釘效應；（4）套用電夾雜模型，研究不同取向裂紋的擴展行為；（5）套用裂紋橋 模型，研究Maxwell應力對裂紋擴展行為的影響。通過這些研究，加深人們對鐵電材料失效機理的認識，最終建立微觀力學基的多場耦合斷裂失效準則和判據。

結題摘要

當含裂紋的鐵電材料受外場作用時可在裂紋內形成非常高的電場，影響附近材料的微結構演化；反過來，微結構演化將耗散裂紋內的電能，改變其內部的電場。本項目套用實驗和相場模擬相結合的方法，研究了鐵電材料微結構演化與裂紋之間的相互作用以及這種作用對裂紋擴展行為的影響。創新點包括在相場模型中考慮了裂紋內的電場對疇變的影響以及提出“雙核”模型、“電夾雜”模型和“裂紋橋” 模型等。主要研究工作包括：（1）套用相場法，研究了裂紋內部的電場對微結構演化的影響；（2）套用“雙核”模型，研究了裂紋與疇變區（雙核）之間的能量交換對能量釋放率的影響；（3）套用“點缺陷”模型，研究了位錯與壓電材料內部裂紋的相互作用；（4）套用“電夾雜”模型，研究了不同取向裂紋的擴展行為；（5）套用“裂紋橋” 模型，研究了Maxwell應力對裂紋擴展行為的影響。研究結果表明：裂紋內的電場對其附近的微結構演化有重要影響，而裂紋內的電場又取決於載入方式和裂紋內介質的介電常數等。因此，通過本項目的研究，加深了人們對鐵電材料失效機理的認識，為最終建立微觀力學基的多場耦合斷裂失效準則和判據奠定了基礎。