圧電セラミックスに対する損傷発展式の定式化と破壊解析への応用

压电陶瓷损伤演化方程的建立及其在断裂分析中的应用

• 批准号: 13750085
• 负责人: 水野 衛
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Akita Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750085/
• 关键词: 圧電セラミックス; 損傷力学; き裂進展; 二重片持ちはりモデル; き裂進展開始時間; 破断ひずみ; 外部電界; シミュレーション; 損傷発展式; 疲労寿命; 連続体損傷力学; 圧電構成式; 修正立方体モデル; 損傷変数; ユニットセル

圧電セラミックスは繰り返し負荷を受ける電場・応力場の下で用いられ,その使用中に発達する材料内部の損傷は圧電セラミックスの変形・破壊特性に影響をおよぼす.そこで本研究では,この内部損傷を連続体損傷力学に基づく損傷変数で表し,変形・破壊解析への応用を検討した.本年度は,昨年度に圧電セラミックスの疲労寿命におよぼす電界の影響を考慮して定式化した疲労損傷発展式,ならびに,修正立方体モデルを用いて損傷変数を導入した圧電構成式を連続体損傷力学に基づくローカルアプローチに適用する方法を検討した.そして,そのローカルアプローチを用いて各種電界の下でのき裂進展解析を実施し,き裂進展におよぼす電界の影響を検討した.1.昨年度定式化した疲労損傷発展式をローカルアプローチに適用できるよう時間微分,ならびに,局所的な応力場・電場を用いた形で定式化を行った.また,この損傷発展式の妥当性を検討する目的から疲労寿命を予測し,十分な精度で疲労寿命を予測できることを確認した.2.連続体損傷力学に基づくローカルアプローチを用いた簡易解析法として,二重片持ちはり(DCB)モデルを採用し,圧電構成式,ならびに,損傷発展式をこのDCBモデルに適用してき裂進展開始に対する簡易解析法の定式化を行った.また,計算機を用いた計算アルゴリズムの検討,ならびに,計算プログラムの開発を行った.3.このDCBモデルを用いてき裂進展開始時間,き裂先端での破断ひずみ,ならびに,き裂先端前方での応力,ひずみ,損傷分布を求め,それらにおよぼす外部電界の影響を検討した.

The electric field and the force field under which the voltage field is applied affect the internal damage of the material and the shape and deformation characteristics of the voltage field. In this paper, the internal damage and the mechanical damage of the body are studied. This year, considering the influence of the voltage field on the fatigue life of the voltage field in the previous year, the fatigue damage development formula was formulated, and the method of applying the modified cube damage number to the voltage field structure formula and the body damage mechanics basic model was discussed. The analysis of crack progress in various electric fields is carried out, and the influence of crack progress on electric field is discussed. 1. The development formula of fatigue damage is formulated by the time derivative of crack progress. 2. The simple analytical method for the application of basic damage mechanics in the field of continuum damage mechanics is adopted. The piezoelectric constitutive formula is adopted. A simplified analytical method for damage development is proposed. 3. The DCB model is used to calculate the initiation time of crack progression, the crack tip breakage time, the crack tip time, the crack time, the crack

项目成果

Mamoru MIZUNO: "Damage Evolution Equation of Piezoelectric Ceramics and its Application to Simplified Analysis of Crack Growth"Proceedings of 14th U. S. National Congress of Theoretical and Applied Mechanics. (in print). (2002)

Mamoru MIZUNO：“压电陶瓷的损伤演化方程及其在裂纹扩展简化分析中的应用”第 14 届美国全国理论与应用力学大会论文集。

Mamoru MIZUNO: "Constitutive Equation of Piezoelectric Ceramics Taking into Account Damage Development"Key Engineering Materials. Vols.233-236. 89-94 (2003)

水野守：《考虑损伤发展的压电陶瓷本构方程》关键工程教材。