介電-壓電-電致伸縮材料內(nèi)缺陷放電及其效應(yīng)研究.pdf

1、智能材料（如壓電材料、電致伸縮材料等）及其器件在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的材料相比，智能材料具有獨(dú)特的優(yōu)越性?？墒?，在材料的生產(chǎn)和加工過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，如孔洞、裂紋和孔隙等。當(dāng)材料受到機(jī)械、電、磁、溫度等多場(chǎng)載荷作用時(shí)，由于缺陷的存在，將引起電場(chǎng)集中與應(yīng)力集中，導(dǎo)致夾雜裂紋的擴(kuò)展。另一方面，當(dāng)缺陷內(nèi)的電場(chǎng)超過缺陷內(nèi)的臨界擊穿電場(chǎng)時(shí)，可能導(dǎo)致缺陷內(nèi)發(fā)生放電擊穿，產(chǎn)生一系列的放電效應(yīng)，從而致使材料產(chǎn)生破壞失效。

2、r>　　基于復(fù)變函數(shù)理論和Stroh公式，并利用Paschen定律作為臨界放電擊穿條件，本文研究了含孔洞和裂紋缺陷的介電材料、壓電材料以及電致伸縮材料缺陷內(nèi)的放電擊穿問題，重點(diǎn)分析了缺陷內(nèi)的電場(chǎng)、放電擊穿判據(jù)和放電對(duì)缺陷的效應(yīng)等。全文由七章組成，具體各章節(jié)的主要內(nèi)容概括如下:
　　第一章介紹了介電材料、壓電材料和電致伸縮材料電致失效的研究現(xiàn)狀以及有待進(jìn)一步探討的問題。
　　第二章從氣體放電形式、放電機(jī)理以及放電效應(yīng)等方面對(duì)材

3、料缺陷內(nèi)的放電擊穿做了簡(jiǎn)要的概述，并基于Paschen定律給出了含有孔隙或裂紋缺陷的介電材料、壓電材料和電致伸縮材料缺陷內(nèi)的臨界擊穿電場(chǎng)。
　　第三章主要研究了介電材料圓孔內(nèi)由于放電擊穿而產(chǎn)生的熱應(yīng)力問題。在分析過程中，將復(fù)雜的放電效應(yīng)簡(jiǎn)化為以熱效應(yīng)為主，假設(shè)放電前孔洞內(nèi)所存儲(chǔ)的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能并沿孔周均勻分布，最后得到由于放電釋放的熱量向材料四周耗散過程中而產(chǎn)生的孔洞放電熱應(yīng)力。
　　第四章分析了含裂紋缺陷的介電材料內(nèi)的

4、放電擊穿以及放電對(duì)裂紋產(chǎn)生的效應(yīng)?；趶?fù)勢(shì)理論并采用半穿透電邊界條件給出了裂紋內(nèi)的電場(chǎng)，與臨界擊穿電場(chǎng)比較得到了裂紋內(nèi)的放電擊穿判據(jù);考慮電場(chǎng)與放電對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響，計(jì)算了裂紋的能量釋放率。
　　第五章研究了含橢圓孔和裂紋缺陷的壓電材料內(nèi)的放電擊穿問題，并從理論上討論了電場(chǎng)以及缺陷內(nèi)放電對(duì)壓電材料斷裂的影響。利用Stroh公式給出了橢圓孔和裂紋內(nèi)的電場(chǎng)，并引入臨界擊穿電場(chǎng)得到了缺陷內(nèi)的放電擊穿判據(jù)。同時(shí)，利用能量釋放率準(zhǔn)則分析了機(jī)

5、械載荷、外加電場(chǎng)的正負(fù)以及裂紋內(nèi)介質(zhì)的介電常數(shù)對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。
　　第六章討論了外加機(jī)械載荷、外加電場(chǎng)以及環(huán)境與裂紋缺陷內(nèi)的介電常數(shù)對(duì)電致伸縮材料內(nèi)裂紋缺陷放電的影響以及放電產(chǎn)生的效應(yīng)。利用半穿透電邊界條件給出了電致伸縮材料裂紋內(nèi)電位移的三次方程，進(jìn)而得到裂紋內(nèi)的電場(chǎng)，并與臨界擊穿電場(chǎng)比較得到了裂紋內(nèi)的放電擊穿判據(jù)。通過數(shù)值計(jì)算討論了外載荷、環(huán)境與裂紋缺陷內(nèi)介電常數(shù)對(duì)電致伸縮材料內(nèi)裂紋擴(kuò)展的影響。
　　最后，在第七章，對(duì)全