压电压磁固体断裂理论及数值方法研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:liongliong585
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本博士学位论文主要研究压电及电磁材料在力、电、磁载荷作用下的断裂模型及数值分析方法。在压电介质电塑性断裂的PS(Polarization Saturation)模型基础上,讨论了电磁材料条带电磁极化饱和(SEMPS-Strip Electric-Magnetic Polarization Saturation)的断裂行为,给出相应的解析解和数值方法或数值结果。然后,研究力、电、磁及其耦合载荷对断裂行为的影响。主要工作如下:(1)利用位错理论和电位错概念,研究压电介质PS模型,得到由传统位错和电位错表示的局部K因子和局部J积分,为位错理论研究电磁材料的SEMPS’情况奠定基础。(2)推广电位错,提出磁位错概念。将裂纹上下表面的磁势差看作是磁位错的连续分布,研究得到电磁材料断裂的广义位错理论。(3)研究得到电磁材料SEMPS的基本方程和基本方法,其中裂纹尖端电塑性区中的电位移等于饱和电位移,磁塑性区中的磁感应强度等于饱和磁感应强度。根据电磁材料广义Stroh公式和广义位错模型,给出二维无限大电磁固体中电磁均不可穿透边界条件下Griffith裂纹的SEMPS的解析解。研究给出无限大电磁固体裂纹尖端电塑性区和磁塑性区的大小、广义强度因子和局部J积分;研究了力、电、磁等载荷对局部J积分的影响。结果表明:SEMPS模型中的电塑性区和磁塑性区的大小由材料常数、裂纹尺寸、外载荷、饱和电位移和饱和磁感应强度确定;广义强度因子和局部J积分与材料常数、施加的广义强度因子有关,而与饱和电位移和饱和磁感应强度无关。(4)针对有限压电介质断裂问题,建立了压电介质的混合广义不连续位移-基本解(HEDD-FS——Hybrid Extended Displacement Discontinuity-Fundamental Solution)数值方法。在这一方法中,裂纹问题的解由无限体控制方程的基本解表出,其中的基本解包括源点作用在临近虚边界上的广义点力基本解和源点作用在裂纹面上及电塑性区上的广义Crouch基本解,其中未知系数由区域边界条件、裂纹面上的边界条件及塑性区上的边界条件来确定。该数值方法的关键是:在无限体中寻找一包含原区域的虚边界,在虚边界上配点,实现了用无限体基本解研究有限体断裂问题。运用有限弹性体和无限压电介质的断裂分析验证该数值方法的有效性和精度。结果表明:根据HEDD-FS方法研究得到的有限弹性体数值解与解析解吻合很好;当介质足够大或无限大,根据HEDD-FS方法研究得到的无限大压电介质PS模型的数值解与解析解同样很吻合;因此,本文所提出的数值方法是可靠的、可以接受的。(5)采用所建立的HEDD-FS数值方法,给出了有限压电介质PS模型在不可穿透边界条件和半可穿透边界条件下的定量结果。(6)采用广义不连续位移数值方法,研究电磁不可穿透边界条件下的无限大电磁材料SEMPS模型,为其他电磁边界条件的SEMPS模型的断裂研究提供数值方法。
其他文献
原子激光冷却与陷俘是发展最为迅速、成果最为辉煌的物理学研究领域之一。其中,腔冷却原子为研究超低温的冷原子提供了一个非常好的理论平台。近年来物理学家在理论、实验和数值模拟上对原子的腔冷却展开了广泛的研究。本文建立了量子微腔与三能级原子相互作用模型,通过半经典理论和量子理论对三能级原子的腔冷却做了详细地讨论。首先我们系统地回顾了原子的激光冷却的发展历史。扼要介绍了激光冷却和陷俘中性原子的发展脉络,以及
目前的实验工作主要包括两部分:一是在巴黎的LCAM实验室,完成了在掠射条件下离子-表面散射的能损的测量和大角度散射的条件下电荷转移的研究;二是在兰州大学完成了离子-原子碰撞的电荷转移的研究。本论文具体包括以下几部分:在第一章描述了离子-表面/原子相互作用的理论模型和相关概念。在第二章描述了本论文使用的实验仪器和技术。在第三和第四章,完成了1-4keV H+,He+和F-离子在金表面散射的表面沟道和
随着我国对能源安全的日趋重视,增储上产已经成为各大油田的重要目标。近年来,黄骅坳陷北大港潜山带勘探重点逐渐从低位潜山转向中高位潜山,在港北潜山石炭-二叠系目的层取得了新的突破,其中下石盒子组碎屑岩储层是河流相沉积,厚度大且砂体稳定分布,是二叠系的主力储层。但由于下石盒子组储层属于低孔低渗储层,具有孔隙度小、渗透率低、储集空间复杂、次生孔隙发育等特点,测井综合评价存在储层参数计算、饱和度评价、有效储
反问题在数学上往往是不适定的,对于数据很小的扰动将使解产生巨大的变化,因此利用数值求解非常困难。通常利用正则化算法可以得到稳定的数值解。从算法上讲,处理不适定问题的正则化算法可以分为确定性方法以及随机方法。确定性方法理论相对完整,随机方法着重讨论数据以及模型的不确定性对问题的影响。本文试图针对抛物型方程热源识别问题以及Robin系数识别问题设计高效算法,特别对解的不确定性进行量化。全文分为三个部分
图的谱理论是图论和组合矩阵论的重要研究领域之一,主要涉及图的邻接谱,Laplace谱和距离谱等,在量子化学,物理,计算机科学,通讯网络以及信息科学等领域中均有广泛的应用。本论文主要研究了有k条割边的二部图,双圈二部图,有固定直径的单圈图以及有k条悬挂边的单圈图关于Laplace谱半径的极值图:由谱决定的一些图;同谱图;最小距离谱半径。全文共分为五章,第一章首先介绍了本文所用到的基本概念,术语和有关
繁殖是进化过程的核心,也是研究任何生物进化问题的关键。植物生长的基本活动就是从环境中获取资源、利用资源,进而完成繁殖过程。但自然环境中可以利用的资源是有限的,植物必须对有限的资源进行功能间的分配。在植物整个生长发育阶段中,如何对有限的资源进行分配是植物繁殖对策研究中的核心问题,并早已引起生态学界的高度重视。本研究中,我们试图从资源分配的角度,来研究随着海拔升高马先蒿属植物主要繁殖对策的变化。马先蒿
连通图r称为κ-可扩的,如果|V(Γ)|≥2κ+2,且r的每个大小为κ的匹配均可以扩充为r的一个完美匹配.图r的谱是r的邻接矩阵A(r)的特征值以及它们的重数.于青林等人刻画了有限阿贝尔群上的Cayley图的2-可扩性,且提出了两个公开问题:(1)刻画有限阿贝尔群上的Cayley图的3-可扩性和κ-可扩性;(2)刻画任意群上的Cayley图的1-可扩性和2-可扩性.Semi-Cayley图是Cay
空间生态学研究和性生态学研究近年来一直是理论生态学和数学生态学研究的热点问题,两者的结合更是当今研究的前沿领域。然而大多数空间结构下的研究都忽略了性,而关于性的大多数研究又都没有考虑空间因素的因素。本篇论文就是在性生态学的两个基本问题(性比率的1:1稳定维持机制及有性生殖和无性生殖的共存)的研究中考虑了空间结构的影响。我们利用常微分方程、偶对近似方法和元胞自动机方法建立了数学模型,利用数学分析和数
本文主要包含以下两部分工作:第一部分是对类小波增量未知元(WIUs)预处理方法的研究。对于一类多孔介质反应扩散型方程,我们提出了一类WIUs型θ格式,仔细分析了这一格式的稳定性。数值结果表明:基于WIUs型的θ格式是十分有效的。对于各向异性的反应扩散方程,因为导数((?)2u)/((?)x2)项含有非常小的参数ε,通常使用WIUs求解这类方程不是特别有效。因此,本文提出了一种基于矩阵分块的新的增量
连通图G=(V,E)的两个顶点u和v之间的距离dG(u, v)定义为G中连接u和v的最短路的长度.则dG是V(G)上的一个度量,(V(G),dG)为G的伴随度量空间.一个图G=(V,E)称为l1-图(也称为l1-嵌入的),如果存在正整数m,使得它的伴随度量空间(V,dG)可以等距离地嵌入到l1-空间(Rm,dl1)中.即存在从V(G)到Rm的一个映射φ使得对图G的任意两个顶点x,y都有dG(x,y