基于接触区模型电磁双材料界面裂纹断裂特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11072160
项目类别：
面上项目
资助金额：
38.0万
负责人：
冯文杰
依托单位：
石家庄铁道大学
学科分类：
A0808.多场耦合与智能结构力学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
张效松；闫宗林；陈祥军；常建梅；吴萌；马鹏；申俊峰；
关键词：
界面裂纹接触区模型电磁材料扩展有限元法

项目摘要

电磁材料是一种新型磁电转换材料，因其较高的积效应在智能驱动器和换能器中具有巨大应用前景。该类材料制造和使用过程中常含裂纹，因而关于该类材料裂纹问题研究具有重要价值。目前，尽管对电磁材料断裂力学做了大量工作，但对界面裂纹平面问题的研究刚刚起步，且已有成果都存在振荡奇异性。本项目拟以电磁双材料为研究对象，从解析、数值模拟和试验三种途径分析电磁双材料在力/电/磁/热等载荷作用下平面问题的断裂行为。研究内容包括：将模拟接触区模型引入电磁材料界面裂纹问题，采用复变量法结合奇异积分方程技术，研究力、电、磁载荷及热流对界面裂纹断裂特性的影响；重点探究扩展有限元法在有限尺寸电磁层合结构界面裂纹平面问题中的应用，数值分析含接触区界面裂纹电磁双材料的裂尖性态；进行电磁层合板的模型试验研究。研究的最终目的是根据这些解析、数值分析和试验结果，得到电磁双材料界面裂纹模型的合理度，为电磁器件的设计与制造奠定理论基础。

结项摘要

电磁材料是一种新型磁电转换材料，因其较高的积效应在智能驱动器和换能器中具有巨大应用前景。该类材料制造和使用过程中常含裂纹，因而关于这类材料裂纹问题研究具有重要价值。项目组通过三年的工作，在电磁材料断裂力学理论，包括含接触区电磁双材料、含接触区电磁材料导电界面裂纹和含预断裂区界面裂纹平面问题，电磁材料硬币型和环形界面裂纹轴对称问题，电磁弹性柱中的硬币型裂纹问题及压电压磁条界面裂纹平面问题等方面取得了系列研究成果。在Pasternak elastic基础上的电磁弹性板的自由振动和屈曲分析方面取得了突破。另外，在压电材料波传播，压电材料二阶非线性本构理论，功能梯度超导材料（断裂）力学行为方面也取得了新的进展。截止到2014年1月25，已发表SCI收录论文23篇（包括已录用的2篇），另发表EI收录论文2篇。尽管本项目取得大量成果，但限于时间和精力，课题组在XFEM及实验测试方面还没有取得实质性突破。项目组成员将在这两个方面继续努力，研究成果必将为智能驱动器和换能器等设备中的关键元器件的设计与制造奠定坚实的理论基础。