界面的力-电耦合和时间相关性研究

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随着材料科学的发展,诸如复合材料、功能材料、非均匀材料以及粘接和焊接材料等新型材料在工程领域的应用范围越来越广泛,这些材料具有一个共同的特点就是存在着界面。界面的存在,对组合材料或结构的整体性能和行为具有十分重要的影响。界面可以在材料之间传递载荷信息,同时又保持结构总体的完整性。因此建立合理的界面力学模型,是对组合材料或结构进行分析和评价的一个重要环节。内聚力模型自建立以来,越来越多地被应用于界面行为的研究中。而传统的内聚力模型只考虑到力场信息,即力与位移间断之间的关系,对于压电材料和粘接结构,不能考虑其界面的力-电耦合性和时间相关性能。  压电材料本身的力-电耦合性质,使得压电材料结构的界面同样具有力-电耦合性质。传统的内聚力模型不能用来模拟这种界面,本文则在内聚力模型的基础上进行扩展,建立一种同时考虑力学量和电学量的力-电界面模型。这种新的界面模型能够很好的模拟界面的力-电耦合性质,可用于含界面的压电材料或结构的材料性能或力学行为分析。本文将这种力-电界面模型对压电纤维推出模型和压电复合材料模型进行模拟分析,证明了这种模型的有效性。  粘接结构的界面粘接机理极为复杂,综合地体现出弹性固体和粘性流体的特性,即粘弹性的性质。在有关的条件中,最重要的是时间和温度。传统的内聚力模型只适用于不考虑时间效应的静态问题的描述。本文通过将Maxwell模型和Needleman内聚力模型并联,把时间效应引入至内聚力模型中,建立单向拉伸作用下的四参数时间相关界面模型,并将此界面模型应用于单向拉伸作用下金属粘接件分析,并与理想粘接情况进行比较,可看出界面性质对结构的宏观力学行为具有一定的影响。
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