基于比例边界有限元法的磁电弹性材料的静态及动态断裂分析
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11462006
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:56.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A0813.计算固体力学
- 结题年份:2018
- 批准年份:2014
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2015-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:肖毅华; 朱成九; 吴秋兰; 张拳; 邓文武;
- 关键词:
项目摘要
Magnetoelectroelastic material is a novel smart material and possesses the capability of converting energy among mechanical,electric and magnetic fields. Due to this attractive feature, the magnetoelectroelastic materials have found increasingly applications in construction of sensors, transducers, actuators, memory and recording devices, etc. However, the magnetoelectroelastic materials are brittle inherently and they have a tendency to develop cracks even in manufacturing process.Therefore, it is of great importance to study the fracture behaviour of the magnetoelectroelastic materials.The finite element method (FEM) is one of the most frequently used numerical methods for crack problems. However, it is of low efficiency because high mesh resolution is required around the crack tip even when singular elements are used. The scaled boundary finite element method is a recently developed semi-analytical numerical approach combining advantages of the finite element method and the boundary element method. Based on taking full advantages of the scaled boundary finite element method, this project aims at the establishment of an accurate and efficient numerical method for the analysis of cracked magnetoelectroelastic materials subjected to mechanical,electric and magnetic loading. The corresponding computational program of this method is also developed in this project.One of the most important advantages of this method is that it allows accurate intensity factors of various physical quantities can be determined directly from their definition,and hence no special crack-tip treatments, such as refining the crack-tip mesh or using singular elements,are necessary. The completeness of this project has important theoretical significance and wide application prospect.
磁电弹性材料是一种新型的智能材料。这类材料能够实现机械能、电能和磁能之间的相互转换。这种特性使其越来越广泛地应用于制作传感器、换能器、制动器、记忆与记录装置等电子产品。然而,由于固有的脆性,磁电弹性材料甚至在制作的过程中就存在裂纹。因此,对磁电弹性材料的断裂行为进行研究尤为重要。目前多采用有限元法对其进行研究,然而这种方法在裂尖区即使用奇异单元也需要很大的网格密度,求解效率低。比例边界有限元法是一种新型的半解析数值方法,集合了有限元法和边界元法的优点。本项目拟在充分发挥比例边界有限元法优点的基础上,针对力、电、磁耦合荷载作用下的磁电弹性材料断裂问题,构建一种精确、高效的数值方法,并编制相应的计算程序。这种方法具有明显的优势,即裂纹尖端各物理量的强度因子可以直接根据其定义推导出来,不需要使用有限元法和边界元法必须的网格加密或特殊的奇异单元。该项目的完成具有重要的理论意义和广泛的应用前景。
结项摘要
磁电弹材料是一种具有磁场、电场与弹性场耦合性质的新型复合材料,可用于制作传感器和驱动器等智能元件。然而,由于其固有的脆性,磁电弹性材料在制作和使用过程中不可避免会产生裂纹或孔洞,从而导致缺陷附近的物理场奇异,影响结构的完整性,并可能引发结构功能失效。因此,研究磁电弹性材料的断裂问题,具有重要的理论和实际意义,是智能结构设计和评估的重要基础和前提。为了获得更为精确高效的磁电弹性材料裂纹分析的方法,基于改进的插值型移动最小二乘法,提出了磁电弹性材料静态和动态断裂分析的插值型无单元伽辽金方法,这种方法可以直接根据定义求得应力强度因子、电位移强度因子和磁感应强度因子。这种方法只需要在求解域的边界上采用无单元伽辽金法进行数值离散,减少了一个空间维数,并且不需要边界元法所需要的基本解。在没有离散的径向采用解析的方法进行求解,从而具有较高的计算精度。在改进的插值型移动最小二乘法中,不仅形函数满足Kronecker delta函数性质,而且权函数是非奇异的。此外,改进的插值型移动最小二乘法计算形函数时待定系数比传统的移动最小二乘法少一个。项目培养了多名青年教师,研究生等人才,发表了多篇学术论文,为国家和社会发展创造了良好的社会经济效益。
项目成果
期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Two-dimensional fracture analysis of piezoelectric materials based on the scaled boundary node method
基于尺度边界节点法的压电材料二维断裂分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:Chinese Physics B
- 影响因子:1.7
- 作者:陈莘莘;王娟;李庆华
- 通讯作者:李庆华
基于自然单元法的功能梯度中厚板自由振动分析
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:力学季刊
- 影响因子:--
- 作者:陈莘莘;童谷生;魏星
- 通讯作者:魏星
压电裂纹的插值型无单元伽辽金比例边界法分析
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:陈莘莘;王娟
- 通讯作者:王娟
弹性力学问题的插值型无单元伽辽金比例边界法
- DOI:10.1360/sspma2016-00362
- 发表时间:2017
- 期刊:中国科学:物理,力学,天文学
- 影响因子:--
- 作者:陈莘莘;童谷生;万云
- 通讯作者:万云
An ACA-SBM for some 2D steady-state heat conduction problems
用于解决某些二维稳态热传导问题的 ACA-SBM
- DOI:10.1016/j.enganabound.2016.07.012
- 发表时间:2016-10
- 期刊:Engineering Analysis with Boundary Elements
- 影响因子:3.3
- 作者:Wei Xing;Chen Bin;Chen Shenshen;Yin Shuohui
- 通讯作者:Yin Shuohui
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其他文献
利用有限断裂力学方法对含尖锐V型切口混凝土试件的三点弯曲试验研究
- DOI:10.7520/1001-4888-16-215
- 发表时间:2018
- 期刊:实验力学
- 影响因子:--
- 作者:童谷生;徐鹏华;陈莘莘
- 通讯作者:陈莘莘
Performance of the MLPG method for static shakedown analysis for bounded kinematic hardening structures
用于有界运动硬化结构静态安定分析的 MLPG 方法的性能
- DOI:10.1016/j.euromechsol.2010.10.005
- 发表时间:2011-03
- 期刊:European Journal of Mechanics - A: Solids
- 影响因子:--
- 作者:陈莘莘;刘应华;李君;岑章志
- 通讯作者:岑章志
基于代理模型的指数型功能梯度板固有频率优化
- DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20181108.001
- 发表时间:2019
- 期刊:复合材料学报
- 影响因子:--
- 作者:魏星;陈莘莘;张洪峰;李舒祺;姜天缘
- 通讯作者:姜天缘
三维轴对称功能梯度材料瞬态热传导问题的自然单元法
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:土木建筑与环境工程
- 影响因子:--
- 作者:李庆华;陈莘莘;徐青
- 通讯作者:徐青
低速冲击时冲击角度和摩擦对玻纤增强铝板性能的影响
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:哈尔滨工程大学学报
- 影响因子:--
- 作者:万云;童谷生;陈莘莘;魏星;黄永虎
- 通讯作者:黄永虎
其他文献
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