压电双材料界面裂纹的光滑有限元法研究

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1、分类号:TB115单位代码:10183研究生学号:2015412013密级:公开压电双材料界面裂纹的光滑有限元法研究吉林大学硕士学位论文（学术学位）压电双材料界面裂纹的光滑有限元法研究ResearchonSmoothedFiniteElementMethodforInterfaceCrack李荣佳inPiezoelectricBimaterials作者姓名:李荣佳专业:工程力学研究方向:疲劳与断裂吉林大学指导教师:孟广伟教授培养单位:机械科学与工程学院2018年5月————————————————————————————————压电双材料界面裂纹的光滑

2、有限元法研究————————————————————————————————ResearchonSmoothedFiniteElementMethodforInterfaceCrackinPiezoelectricBimaterials作者姓名:李荣佳专业名称:工程力学指导教师:孟广伟教授学位类别:工学硕士答辩日期:年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用(但纯学术性使用不在此限)。否则，应承担侵权的法律责

3、任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院:本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊(光盘版)电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库

4、》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别:硕士博士学科专业:工程力学论文题目:压电双材料界面裂纹的光滑有限元法研究作者签名:指导教师签名:年月日作者联系地址(邮编):吉林大学机械科学与工程学院工程力学系(130022)作者联系电话:18843103168摘要题目:压电双材料界面裂纹的光滑有限元法研究高新技术产业的迅速发展引发了智能材料的不断涌现，压电材料具有灵敏度高、独特的力电耦合等优良特性，作为智能结构和器件的核心材料，被广泛

5、应用于航空航天、机械工程、土木工程等领域。压电材料具有诸多优良特性的同时，裂纹缺陷严重制约了压电材料更广泛的应用和相关器件性能的提升，界面裂纹失效是其破坏的主要形式。目前处理压电双材料界面断裂力学问题的主要数值计算方法包括有限元法、无网格法、光滑有限元法等。有限元法刚度矩阵偏硬，位移解偏小，光滑有限元法结合了有限元法和无网格法的光滑应变技术，利用高斯散度定理将求解域内的体积分转化为面积分，面积分转化为线积分，无需对形函数求导，计算精度较高，受到了国内外学者的广泛关注。本文基于界面断裂力学和光滑有限元法的研究现状基础上，阐述了光滑有限元法在断裂力学中的研

6、究进展。基于压电材料的基本知识，推导了力电耦合的Cell-Based光滑有限元平衡方程，通过对双压电悬臂梁和含孔的压电板进行数值计算，验证了光滑有限元法求解压电材料力学问题具有可行性和有效性。针对压电双材料界面断裂力学问题，推导了平面裂尖强度因子和反平面裂尖强度因子显式外推公式，采用Cell-Based光滑有限元法对含中心裂纹的压电双材料板进行了分析，并与有限元法、解析解进行了对比。数值算例表明，Cell-Based光滑有限元法求解压电双材料界面断裂力学问题具有较高的精度。关键词:压电双材料，光滑有限元法，界面裂纹，强度因子IAbstractTitle

7、:ResearchonSmoothedFiniteElementMethodforInterfaceCrackinPiezoelectricBimaterialsTherapiddevelopmentofhigh-techindustryhascausedthecontinuousemergenceofpiezoelectricsmartmaterials,asthecoreofintelligentmaterialstructureanddevice,piezoelectricmaterialshavebeenwidelyusedinfieldsof

8、aerospace,mechanicalengineering,civilengineerin