铁电材料微结构演化与裂纹相互作用研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
10972103
项目类别：
面上项目
资助金额：
40.0万
负责人：
高存法
依托单位：
南京航空航天大学
学科分类：
A0808.多场耦合与智能结构力学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
王天宏；周萍；吕志华；杨宾华；王海静；王永健；黄成；
关键词：
微结构演化相场法铁电材料裂纹断裂失效准则

项目摘要

当含裂纹的铁电材料受外场作用时可在裂纹内形成非常高的电场，影响附近材料的微结构演化；反过来，微结构演化将耗散裂纹内的电能，改变其内部的电场。本项目应用实验和相场模拟相结合的方法，研究铁电材料微结构演化与裂纹之间的相互作用以及这种作用对裂纹扩展行为的影响。创新点包括在相场模型中考虑了裂纹内的电场对畴变的影响以及提出"双核"模型、"电夹杂"模型和"裂纹桥" 模型等。主要研究内容：（1）应用相场法，研究裂纹内部的电场对微结构演化的影响；（2）应用"双核"模型，研究裂纹与畴变区（双核）之间的能量交换对能量释放率的影响；（3）应用"点缺陷"模型，研究点电荷的"扎钉"效应；（4）应用"电夹杂"模型，研究不同取向裂纹的扩展行为；（5）应用"裂纹桥" 模型，研究Maxwell应力对裂纹扩展行为的影响。通过这些研究，加深人们对铁电材料失效机理的认识，最终建立微观力学基的多场耦合断裂失效准则和判据。

结项摘要

当含裂纹的铁电材料受外场作用时可在裂纹内形成非常高的电场，影响附近材料的微结构演化；反过来，微结构演化将耗散裂纹内的电能，改变其内部的电场。本项目应用实验和相场模拟相结合的方法，研究了铁电材料微结构演化与裂纹之间的相互作用以及这种作用对裂纹扩展行为的影响。创新点包括在相场模型中考虑了裂纹内的电场对畴变的影响以及提出“双核”模型、“电夹杂”模型和“裂纹桥” 模型等。主要研究工作包括：（1）应用相场法，研究了裂纹内部的电场对微结构演化的影响；（2）应用“双核”模型，研究了裂纹与畴变区（双核）之间的能量交换对能量释放率的影响；（3）应用“点缺陷”模型，研究了位错与压电材料内部裂纹的相互作用；（4）应用“电夹杂”模型，研究了不同取向裂纹的扩展行为；（5）应用“裂纹桥” 模型，研究了Maxwell应力对裂纹扩展行为的影响。研究结果表明：裂纹内的电场对其附近的微结构演化有重要影响，而裂纹内的电场又取决于加载方式和裂纹内介质的介电常数等。因此，通过本项目的研究，加深了人们对铁电材料失效机理的认识，为最终建立微观力学基的多场耦合断裂失效准则和判据奠定了基础。