含压电不完美界面的压电复合材料的变分界限研究

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随着压电复合材料在智能材料领域中起着越来越重要的作用,对于压电复合材料的整体性能的预测是在细观力学中已经成为一个重要领域。在实践应用中,压电复合材料或不均匀材料的各组分之间的界面是不完美的。在压电的范围内,已经提出了三种不完美界面模型,分别是压电弹簧型不完美界面模型、压电薄膜型不完美界面模型和压电通用不完美界面模型。其中压电弹簧界面模型规定在界面上面力和法向电位移是连续的,但位移场和电势是不连续的,并且它们在界面上的跳跃量分别正比于对应的面力和法向电位移。而与压电弹簧界面模型对偶的压电薄膜界面模型则约定在界面上位移场和电势场是连续的,但面力和法向电位移是不连续的,且分别满足与位移和电势的表面梯度成正比的广义Laplace-young方程。第三种模型是指压电通用型不完美界面模型,它是基于通过用不完美界面代替界面相的方法和渐进分析得到的,在该模型中,位移、电势、面力和法向电位移一般是不连续的。基于细观力学的方法,本文研究了含两类特殊不完美界面的压电复合材料的有效性能,推导了含不完美界面的压电复合材料的有效性能的尺寸依靠性界限。为了实现本文的研究目的,首先,基于Gu和He的工作,推导出压电弹簧不完美界面模型和压电薄膜不完美界面模型;然后,将传统的线性压电体的最小势能原理被扩展到含这两种不完美界面的压电复合材料,并且得到了该压电复合材料的广义变分原理。接着,考虑一含两类压电不完美界面且由单向圆柱形纤维嵌入基体组成的压电复合材料被施加远处反平面的力学载荷和平面内的电学载荷,通过选取简单的许可场,运用已得到变分原理,得到了该压电复合材料的电弹性模量的一阶显性界限。最后,通过数值结果说明了所求界限的尺寸依靠性。
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