本文關(guān)鍵詞：電磁材料多場(chǎng)耦合行為臨界問題的研究　出處：《蘭州大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：塑性材料、壓電材料以及II類超導(dǎo)材料等都存在著類似的臨界問題,研究這些物理系統(tǒng)中的臨界問題是材料在實(shí)際工程應(yīng)用中非常關(guān)注的課題。本學(xué)位論文針對(duì)這三類材料中的某些臨界物理問題,即塑性材料中裂紋尖端應(yīng)力塑性區(qū),壓電材料裂紋尖端應(yīng)力屈服區(qū)和電極化飽和區(qū)以及實(shí)用II類超導(dǎo)體臨界電流密度問題等作了進(jìn)一步的理論研究。首先,對(duì)于塑性硬化材料的斷裂問題,通過假設(shè)和簡(jiǎn)化非線性的本構(gòu)方程,引入了硬化函數(shù)來描述裂紋尖端塑性區(qū)域的硬化程度。提出了塑性硬化材料裂紋的條帶硬化模型,消除了裂紋尖端應(yīng)力奇異性,從而推導(dǎo)出了條帶硬化區(qū)的大小和裂紋尖端張開位移的解析表達(dá)式,分析討論了材料硬化參數(shù)對(duì)條帶硬化區(qū)大小和裂紋尖端張開位移的影響。成功解釋了根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的COD設(shè)計(jì)曲線對(duì)于屈服應(yīng)力和極限應(yīng)力比值超過75~80%的材料不再適用這種現(xiàn)象。此外還推導(dǎo)出了裂紋尖端張開位移和標(biāo)稱應(yīng)變之間的關(guān)系,通過和實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行對(duì)比,本文的理論結(jié)果全部落在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)。其次,研究了外加電場(chǎng)對(duì)壓電材料裂紋擴(kuò)展的影響。提出了裂紋尖端不僅存在電極化飽和區(qū),而且存在條帶應(yīng)力屈服區(qū)。根據(jù)電極化飽和區(qū)和應(yīng)力屈服區(qū)的大小,將壓電材料的斷裂問題分為兩類,分別推導(dǎo)出了兩類情形下的裂紋尖端電張開位移和機(jī)械張開位移,并進(jìn)一步提出了新的壓電材料斷裂準(zhǔn)則,即裂紋尖端機(jī)械張開位移。根據(jù)此準(zhǔn)則,分析討論了造成實(shí)驗(yàn)觀測(cè)上出現(xiàn)兩種以上不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因,可能是由于裂紋前端不同程度的電疇翻轉(zhuǎn)造成電極化飽和區(qū)和應(yīng)力屈服區(qū)的大小不同。最后,基于任意場(chǎng)相關(guān)臨界態(tài)模型研究了超導(dǎo)薄帶在不同物理環(huán)境下的電磁性質(zhì)以及磁滯伸縮等力學(xué)性質(zhì)。通過引入復(fù)場(chǎng),采用保角變換方法得到了II類超導(dǎo)薄帶在外加電流、外加磁場(chǎng)、以及外加電流和磁場(chǎng)同時(shí)加載情形下的電流密度和磁場(chǎng)分布,推導(dǎo)出了適用任意場(chǎng)相關(guān)臨界態(tài)模型的積分方程組。對(duì)于小電流和小磁場(chǎng)情形時(shí),得到了問題的解析表達(dá)式,從而避免求解復(fù)雜的積分方程組,而且證明場(chǎng)相關(guān)臨界態(tài)模型的結(jié)果和Bean模型的結(jié)果之間存在簡(jiǎn)單的比例因子。分析了磁場(chǎng)和電流同時(shí)加載時(shí)‘類電流’分布和‘類磁場(chǎng)’分布特點(diǎn),討論了和Bean模型結(jié)果的不同點(diǎn)�；贐ean模型和Kim模型,進(jìn)一步計(jì)算了超導(dǎo)帶材在外加磁場(chǎng)上升階段和下降階段的體力、應(yīng)力、位移分布,以及在一個(gè)周期外加磁場(chǎng)下的磁滯伸縮回線,并對(duì)兩種模型的結(jié)果進(jìn)行了一一對(duì)比。根據(jù)Kim臨界態(tài)模型,在不同外加磁場(chǎng)下研究了不同橫截面形狀的超導(dǎo)帶材對(duì)臨界外加電流的影響。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O513

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本文編號(hào)：1314129