研究目的
采用I积分法研究三维铁电单晶中大尺度畴变对裂纹强度因子的影响。
研究成果
I积分法在大尺度畴变情况下具有良好效果，能够解耦不同模态的强度因子，且与积分体积大小无关，不受畴壁存在与否的影响。该方法是研究铁电材料在大尺度畴变条件下断裂分析的有前景技术。裂纹前沿相对于极化涡旋的位置是影响应力强度因子因畴变而改变的关键因素。
研究不足
该研究仅限于铁电单晶材料，未考虑多晶材料。模拟是在特定边界条件下进行的，可能无法涵盖所有实际场景。
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采用I积分法研究大规模畴变对三维铁电单晶中裂纹强度因子的影响
DOI：10.1016/j.ijsolstr.2018.11.015
期刊：International Journal of Solids and Structures
出版年份：2018
更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要：
由于铁电材料固有的脆性，在极端机电载荷作用下容易发生断裂。其断裂过程通常伴随大规模畴变现象。本文通过向当前状态施加虚拟载荷增量，建立了三维铁电材料中裂纹的相互作用积分（I积分）方法。与广泛应用的畴变增韧模型不同，I积分不受小尺度畴变限制。通过设计虚拟载荷增量的方式，该方法可实现不同断裂模式强度因子的分离。由于I积分与积分体积无关，可直接提取弯曲裂纹前沿的局部强度因子?；谡庑┯攀?，I积分方法在大规模畴变条件下铁电材料断裂分析中极具应用前景。此外，结合相场模型，该方法被用于模拟含半圆形表面裂纹的纳米级PbTiO3铁电单晶拉伸试验。结果表明：当外加载荷超过临界值时，会出现多种极化对分布模式。稳定畴结构被裂纹所在平面分割为两层，每层最终均形成若干极化涡旋。除几何构型与载荷条件外，裂纹前沿相对于极化涡旋的位置是影响应力强度因子畴变诱导变化的关键因素。
作者：
Hongjun Yu，Meinhard Kuna，Sergii Kozinov
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