压电/铁电陶瓷的断裂理论研究

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压电/铁电陶瓷因为其较大的力电功能转换率及良好的性能可调控性而在微电子技术当中得到广泛的应用,但其脆性又限制了它的进一步广泛应用,因此对压电/铁电陶瓷的断裂研究具有很重要的学术意义和工程应用背景。 本文对压电/铁电陶瓷的断裂几个未解决或尚存争议的问题进行了理论研究,主要包括以下一些方面: 1.基于线性压电本构,对含椭圆孔无限大压电介质问题进行了求解,研究了椭圆孔的解如何趋于裂纹问题的解。对裂纹问题的解在裂尖不同区域的性质进行了区分,指出了传统裂纹解的适用区域。求出了裂纹尖端应力场,并指出电场会对其造成影响,从而消除了线性压电理论和实验结果之间的矛盾。 2.在上面获得的解的基础上,分别基于裂纹尖端I型应力和裂纹张开位移的概念,提出了两个新的断裂判据,即等效应力强度因子判据和裂纹张开位移判据,并和实验结果进行了比较,结果令人满意。 3.对压电体中的I型动态裂纹扩展问题进行了求解,分别给出了Yoffe裂纹和匀速扩展的半无限导通裂纹解。对裂纹的止裂条件进行了研究,并进而从理论上给出了一个与实验结果符合很好的电疲劳裂纹扩展速率的公式。 4.在对前人提出的铁电陶瓷电畴翻转准则分析的基础上,结合实验结果,提出了一个新的畴变判据,并把它和前人其它判据一起和实验结果进行了比较,结果显示此新判据能更好地说明实验结果。
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