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压电材料正得到越来越广泛的应用。以压电材料为核心的结构和元件在装置中总是和其他材料组合在一起,界面是其中的重要组成部分。另外由压电材料制成的结构和元件常用来传导表面波或承受动荷载。因此研究波与压电结构中界面的相互作用问题成为一项重要的课题。
本篇论文主要对脉冲波透过横观各向同性压电介质摩擦接触界面的传播特性问题进行了初步的分析研究。当入射脉冲波很强时,会引起摩擦接触界面的局部滑移和分离,并导致了问题的非线性(称边界非线性)。该问题不仅在数学上带来了许多困难,同时在物理上也带来了许多现象。本文针对一维和二维脉冲波情况分别进行了详细的分析和探讨。利用Fourier分析的方法,将含有未知边界的混合边值问题化为非线性代数方程组(一维情况)或奇异积分方程问题(二维情况)的求解。利用迭代—修正的方法,确定了界面上分离、滑移和粘着三种区域的分布范围,并讨论了它们随外加力—电荷载的变化规律。同时计算了面力、相对滑移速度等参量。讨论了它们随力—电荷载、入射角、摩擦系数等的变化特性。研究发现:对二维波问题由于总是伴随有非均匀波的出现,所以问题的解由奇异积分方程控制,这与一维波问题或纯弹性介质的情况有很大的区别,为问题的求解增加了难度。同时由于力—电耦合,力学参量的非线性必然导致电学参量的非线性。本文的研究进一步丰富了压电弹性波动理论,并促进其在实际中的应用,利用波所携带的力学或电学信息,可望无损探测界面的接触状态及接触力等参量,对结构的安全评估与寿命预测具有重要的理论与实际意义。