垂直入射弹性波在压电体单侧接触界面上的传播特性

弹性波与压电材料接触界面的相互作用问题是工程应用中常见而复杂的问题,入射波足够强会引起界面出现滑移和分离,但滑移和分离的边界未知,边界条件具有非线性特性。通过Fourier分析,将混合边值问题的求解转化为非线性代数方程,利用软件通过迭代修正的方法进行了求解;给出3种状态边界的求解,分析入射波强度、外加应力及电场对界面状态的影响,并对高频谐波的特性进行分析,通过实例对理论推导进行验证,结果显示:入射波强度、外加荷载和电场的大小及摩擦因数均会影响到界面,通过改变这些条件可以控制界面状态,另外检测高频谐波的信号也可以反映界面状态。     

一般各向异性单侧接触界面上波的反射和折射

研究简谐弹性波在一般各向异性介质单侧接触界面上的反射和折射问题．利用Fouier分析方法将非线性Coulomb摩擦接触边界波动问题化为一组代数方程．给出了确定局部分离、滑移和粘着区的思路和方法及各区域的解；讨论了出现界面局部分离和滑移的条件．对特定材料组合情况进行了详细数值计算，给出了界面力、相对滑移速度、张开位移、高频谐波的反射折射系数等特征参量；考察了平面和反平面波动的耦合及整体滑移等．其中关于高频谐波的结果可对已有实验结果给出很好的定性解释．在大多数情况下，即使对摩擦系数无穷大的粘滞接触界面，分离区端部也总是存在一个很小的滑移区。     

弹性波作用下压电体摩擦接触界面滑移特性分析

弹性波与压电体摩擦接触界面相互作用会引起界面滑移或分离,滑移和分离位置的分布与外加压力、剪力、电场及入射波的条件有关。应用Fourier分析及matlab软件给出了滑移范围的解,给出了粘着、滑移或分离的判定条件,通过算例分析了滑移和分离出现的影响因素和条件,为工程应用提供了理论依据。     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区模型的力学分析

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析．完整地考虑了各向异性力电耦合效应．建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系．证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加．当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区 模型的力学分析1)

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析.完整地考虑了各向异性力电耦合效应.建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系.证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加.当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响.     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区模型的力学分析

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析．完整地考虑了各向异性力电耦合效应．建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系．证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加．当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响     

带剪切型压电激励器的板的高阶剪切变形理论

利用压电材料固有的正，逆压电效应可以对结构变形和振动进行控制。与外加电场与极化方向平行于板厚度的压电材料的拉伸作动机制相比，外加电场与极化方向垂直的压电材料的剪切作动机制可以在作动器内产生较小的应力，从而降低作动器边界产生分层破坏的危险。本文对于压电材料的剪切作动机制进行研究，应用三阶剪切变形理论建立带剪切型压电激励器的智能层合板模型。采用哈密顿原理导出带剪切型压电激励器的层合板的控制方程。采用空间法得到了各种边界条件组合条件下板的解析解。数值算例对一三层板采用高阶和一阶剪切变形理论进行计算，结果表明两种理论所得的变形曲线很相似。但对于厚度剪切型激励器而言，由于激励器是引起板的剪切变形，而高阶剪切变形理论比一阶剪切变形理论能更好地反映结构的剪切应变能，因此高阶剪切变形理论可以提供板变形的更为精确的解。因此，对于厚度剪切型激励器，剪切变形理论的选取对于板变形结果的好坏有重要的作用。     

压电体中孔边Ⅲ型界面裂纹的动应力强度因子

采用Green函数法研究界面上含圆孔边界径向有限长度裂纹的两半无限压电材料对SH波的散射和裂纹尖端动应力强度因子问题.首先构造出具有半圆型凹陷半空间的位移Green函数和电场Green函数,然后采用裂纹"切割"方法构造孔边裂纹,并根据契合思想和界面上的连接条件建立起求解问题的定解积分方程.最后作为算例,给出了孔边界面裂纹尖端动应力强度因子的计算结果图并进行了讨论.     

PMN-PT层/弹性基底结构中声表面波特性分析

研究了PMN-PT 压电层/弹性(金刚石) 基底结构中表面波的传播特性,压电层表面是机械自由的,电学边界条件分为电学开路和电学短路,压电层与基底之间采用理想连接. 得到了满足控制方程和边界条件的电弹场以及弹性波在结构中传播时的频散方程,通过数值算例分析了压电材料PMN-PT 的极化方向对弹性波频散曲线和机电耦合系数的影响,以及不同极化方向时弹性位移和电势随结构深度方向的变化,结果可为PMN-PT 压电材料在高频声表面波器件中的应用提供有价值的理论参考.      

含电学边界的压电层合梁的非线性弯曲波

非线性科学己成为近代科学发展的一个重要标志, 特别是非线性动力学和非线性波的研究对于解决自然科学各领域中遇到的复杂现象和问题有着极其重要的意义. 本文研究了含电学边界条件的压电层合梁的非线性弯曲波传播特性.首先, 考虑几何非线性效应和压电耦合效应, 利用哈密顿原理建立了一维无限长矩形压电层合梁弯曲波的非线性方程.其次, 采用Jacobi椭圆函数展开法对非线性弯曲波方程进行求解, 得到了非线性弯曲波动方程在近似情况下对应的冲击波解和孤波解.最后, 利用约化摄动法得到了非线性薛定谔方程, 进一步得到了亮孤子和暗孤子解.基于两种方法具体研究了外加电压、压电层厚度等参数对冲击波和孤立波以及亮孤子和暗孤子特性的影响. 研究结果表明, 在波速较小时, 外加电压对冲击波的影响较大, 波速较大时, 外加电压对孤立波影响减弱.通过调整作用在压电层合梁上的电压发现了存在亮孤子和暗孤子, 分析结果表明随着外加电压值的增大, 亮孤子和暗孤子的振幅都增大.      

弹性半空间中含粘性滑移界面圆形衬砌洞室对平面SH波的散射

为揭示粘性滑移界面对衬砌洞室地震响应规律的影响,采用一种高精度的间接边界积分方程法,基于粘性滑移界面模型,求解了弹性半空间中浅埋圆形衬砌洞室对入射平面SH波的散射。结果表明:中低频波入射时,随着界面滑移刚度系数的增加,衬砌洞室上方地表位移幅值减小,而界面粘性系数对地表位移反应不明显;衬砌内壁应力幅值随界面滑移刚度系数的增加而增大。高频波入射下,较小的界面粘性系数对地表位移放大效应更为显著;当界面滑移刚度系数较小时,部分频段由于体系共振效应会造成显著的应力集中;高频特别是共振频率段,粘性系数对应力幅值有明显的降幅效应。研究结论可为实际地下工程结构的抗震设计提供部分理论依据。     

压电界面裂纹裂尖强度因子的显式计算公式

对常见横观各向同性压电材料(TIP)中界面裂纹的裂纹面与压电材料的极化方向成任意夹角的一般情况进行了研究,通过推导得到了计算裂尖强度因子的显式外推公式,同时给出了裂纹面与极化方向垂直的典型情况下的外推公式.这些显式计算公式为常见数值方法如有限元法及边界元法在压电材料断裂力学中的应用提供了便利.     

压电板屈曲和后屈曲的有限元分析

采用板的一附剪切理论,并考虑结构的几何非线性,基于Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｅ方法,建立了在弱非线性耦合假设下压电智能的有限元控制方法,分析了没边界条件下压电板的屈曲和后屈曲,计算结果表明,在单向压力作用下,材料的压电效应和外加电压对板的屈曲载荷及后屈曲影响很小;而电场对位移加载简支板的屈曲影响较显著。该文为压电材料的工程应用提供了理论指导,同时提供了一种有效的有限元分析方法。     

电活性聚合物球壳的力电不稳定性

应用连续介质力学有限变形理论,分析了不可压电活性聚合物球壳在外加电场及内压作用下发生非对称变形的力电不稳定性问题。文中给出了不同外加电场下球壳的变形曲线和应力分布曲线, 结果表明对壁厚小于临界壁厚值的薄壁球壳,当内压大于临界内压值时,球壳可以产生不稳定的非对称变形。文中求得了球壳发生不稳定变形的临界壁厚及临界内压,探讨了外加电场对两个临界值的影响规律,同时讨论了外加电场对球壳中应力分布的影响。     

偏压电场对压电板中Lamb波相速度的影响

本文研究了偏压电场作用下,Lamb波在压电板中的传播行为，首先给出了偏压电场作用时压电板中的应力场及电位移场，然后通过求解含初应力及初电位移的小幅波动问题的耦合方程，分别给出了Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程，以典型的PZT－5H压电陶瓷板为例进行了数值计算,并讨论了偏压电场对Lamb波相速度及频散曲线的影响，结果表明，偏压电场可以显著地改变Lamb波的传播速度，借此可使声波器件获得延时效果。     

被均匀流缓慢调制的有限水深毛细重力波

非线性的存在会产生高次谐波,这些谐波又反作用于原来的低次谐波,使波幅发生缓慢变化,从而产生缓慢调制现象．这里从考虑均匀流作用下的毛细重力水波基本方程出发,在不可压缩、无旋、无黏条件假设下,使用多重尺度分析方法推导出了在均匀流影响下有限深水毛细重力波振幅所满足的非线性Schr?dinger方程(NLSE)．分析了NLSE解的调制不稳定性．给出了毛细重力波调制不稳定的条件和钟型孤立波产生的条件．分析了无量纲最大不稳定增长率随无量纲水深和表面张力的变化趋势．同时给出了无量纲不稳定增长率随无量纲微扰动波数变化的曲线,呈现出了先增大后减小的趋势．最后指出均匀顺流减小了无量纲不稳定增长率及最大增长率,逆流增大了它们．由表面张力作用产生的毛细波及重力与表面张力共同作用产生的毛细重力波,与流的相互作用可以改变海表粗糙度和海洋上层流场结构,进而影响海气界面动量、热量及水汽的交换．了解海表这些短波动力机制,对卫星遥感的精确测量、海气相互作用的研究及海气耦合模式的改进等有重要意义．      

粘贴压电层功能梯度材料Timoshenko梁的热过屈曲分析

研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Timoshenko梁在升温及电场作用下的过屈曲行为。在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上,建立了压电功能梯度Timoshenko层合梁在热-电-机械载荷作用下的几何非线性控制方程。其中,假设功能梯度的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,压电层为各向同性均匀材料。采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了在均匀电场和横向非均匀升温场内两端固定Timoshenko梁的静态非线性屈曲和过屈曲数值解。并给出了梁的变形随热、电载荷及材料梯度参数变化的特性曲线。结果表明,通过施加电压在压电层产生拉应力可以有效地提高梁的热屈曲临界载荷,延缓热过屈曲发生。由于材料在横向的非均匀性,即使在均匀升温和均匀电场作用下,也会产生拉-弯耦合效应。但是对于两端固定的压电-功能梯度材料梁,在横向非均匀升温下过屈曲变形仍然是分叉形的。     

被均匀流缓慢调制的有限水深毛细重力波

非线性的存在会产生高次谐波,这些谐波又反作用于原来的低次谐波,使波幅发生缓慢变化,从而产生缓慢调制现象.这里从考虑均匀流作用下的毛细重力水波基本方程出发,在不可压缩、无旋、无黏条件假设下,使用多重尺度分析方法推导出了在均匀流影响下有限深水毛细重力波振幅所满足的非线性Schr¨odinger方程(NLSE).分析了NLSE解的调制不稳定性.给出了毛细重力波调制不稳定的条件和钟型孤立波产生的条件.分析了无量纲最大不稳定增长率随无量纲水深和表面张力的变化趋势.同时给出了无量纲不稳定增长率随无量纲微扰动波数变化的曲线,呈现出了先增大后减小的趋势.最后指出均匀顺流减小了无量纲不稳定增长率及最大增长率,逆流增大了它们.由表面张力作用产生的毛细波及重力与表面张力共同作用产生的毛细重力波,与流的相互作用可以改变海表粗糙度和海洋上层流场结构,进而影响海气界面动量、热量及水汽的交换.了解海表这些短波动力机制,对卫星遥感的精确测量、海气相互作用的研究及海气耦合模式的改进等有重要意义.     

各向异性弹性体光滑接触界面上的滑移脉冲波

利用Stroh公式,Fourier分析和奇异积分方程技术研究了两各向异性弹性半空间光滑接触可分离界面上滑移脉冲波的存在及其传播特性。结果表明,如果至少能在一种介质中存在Rayleigh波,且其波速小于两种介质中的最小极限速度,则滑移脉冲波就可以存在。这种脉冲波传播速度不确定,可在最小极限波速与较低的Rayleigh波速之间取值,而该取值范围又取决于无界面分离情况下的第一、第二滑移波的解。分离区大小取决于扰动的强度,界面法向力和质点速度在分离区两端有 1 /2奇异性。     

弯曲波在含非圆孔洞无限压电薄板中的散射

基于线性压电动力学理论,采用波函数展开法、保角映射以及复变函数,对含非圆孔洞无限大压电薄板弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析,给出了其动弯矩集中系数(DMCF)的解析表达式.为说明问题,以PZT-4为例,讨论了外加电场、椭圆孔长短半轴比、椭圆孔倾角以及入射波频率对含圆孔和椭圆孔无限大压电薄板弹性波散射的影响,并分别...