熱圧電材料の電極と母材間の界面き裂に関する破壊力学的研究

热压电材料电极与基材界面裂纹断裂力学研究

• 批准号: 03F00035
• 负责人: 野田 直剛
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00035/
• 关键词: 破壊力学; 圧電材料; き裂解析; 界面き裂; 熱負荷; 電気的負荷; 力学的負荷

(1)圧電材料の解析法に関する研究「き裂表面の電気的、力学的、熱的条件が圧電材料の破壊挙動に及ぼす影響」、「界面き裂の開口が圧電材料の破壊挙動に及ほす影響」についての理論研究を行うためには、それぞれの問題に適する解法の研究をする必要がある。そのため、まず、任意形状の介在物を有する圧電無限体が面外負荷を受ける場合についての研究を行い、等角写像を用いた複素関数法による一般解法を提案した。その結果を用いて、楕円介在物、三角形介在物、四角形介在物について、具体的な解の式表示を与えた。(2)き裂表面の電気的、力学的、熱的条件が圧電材料の破壊挙動に及ばす影響圧電材料が熱負荷を受けたとき、表面透過率、き裂近傍のスイッチング現象、き裂表面でのクーロン力が電極と圧電材料の母材との間に発生した界面き裂に及ぼす影響について、理論解析及び数値計算を行うことを目的に研究を進めている。そのため、まず二つの半無限電磁材料を接合した無限体が熱負荷の作用により部分剥離した場合の界面き裂問題の解析を行った。ポテンシャル関数を用いて解析に成功し、応力拡大係数の式表示を導出した。特別な場合として、等質材料の場合の応力拡大係数も求め、過去の結果と一致することを確認した。次に、二つの半無限圧電材料にはさまれた電極が熱負荷により部分剥離した場合の界面き裂問題の解析を行った。複素関数を用いて解析に成功し、応力拡大係数の式表示を導出した。特別な場合として、等質材料の場合の応力拡大係数も求めた。

(1)Analytical research on piezoelectric materials "Electrical, mechanical and thermal conditions of cracked surfaces affect the breakdown behavior and deformation of piezoelectric materials,""Interface crack openings affect the breakdown behavior and deformation of piezoelectric materials," and theoretical research on the implementation of analytical methods. A general solution to the problem of in-plane loading of dielectric objects with arbitrary shapes is proposed in this paper. The results are expressed in terms of medium, triangular medium, quadrangular medium, and specific solution. (2)The electric, mechanical and thermal conditions of crack surface affect the thermal load of piezoelectric materials, surface transmittance, crack proximity phenomenon, crack surface force, the interface crack of electrode piezoelectric materials and the influence of thermal load, theoretical analysis and numerical calculation. Analysis of interface crack problem in case of partial delamination due to thermal load caused by bonding of two semi-infinite electromagnetic materials The expression of the coefficient of the force is derived from the analysis of the relationship between the force and the coefficient. For special cases, the force coefficient of the same material is determined, and the results of the past are consistent. Second, the analysis of interface crack problem in the case of partial peeling due to thermal load on the electrode. The expression of the coefficient of the complex element is derived by analyzing the coefficient of the complex element successfully. For special cases, the strength coefficient of the same material shall be calculated.

项目成果

Cun-Fa Gao, N.Noda: "Effect of electric fields inside crack on Fracture of Piezoelectric Materials"IUTAM Symposium (GA.02-14) Mechanics and Reliability of Actuating Materials. (発表予定). (2004)

Cun-Fa Gau, N.Noda：“裂纹内电场对压电材料断裂的影响”IUTAM 研讨会 (GA.02-14) 驱动材料的力学和可靠性（待提交）。

Cun-Fa Gao, 野田 直剛: "A general solution for a loaded bolt-hole in a piezo-eomposite plate"日本機械学会、材料力学部門,講演論文集. (発表予定). (2004)

Cun-Fa Taka、Naotake Noda：“压电复合板中加载螺栓孔的通用解决方案”，日本机械工程师学会材料力学分会，会议记录（2004 年）。

Cun-Fa Gao, M.Ishihara, N.Noda: "Thermal-Induced Fracture of Electroded Piezoelectric Composites"IUTAM Congress. (発表予定). (2004)

Cun-Fa Gao、M.Ishihara、N.Noda：“电极压电复合材料的热致断裂”IUTAM 大会（即将提交）。