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接触压电材料和准晶材料压痕

收藏本文 2024-03-05 点赞:33224 浏览:155241 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:压电材料作为典型的多场耦合材料已经广泛运用于各种智能结构以及传感器和驱动器等器件中。随着微机电和纳机电系统的进展,薄膜或层状介质形式的压电材料越来越得到重视。准晶材料由于其独特的准周期结构以及声子场和相位子场的耦合特性也引起了广泛的探讨兴趣。大量的探讨开始采取压痕实验技术进行多场耦合材料的性能测试。准确的压痕响应论述浅析将十分有助于设计压痕实验,也是定量浅析材料常数的必要依据。本论文工作基于压痕技术目前运用于多场耦合材料性能测试的实际需求,进行了相应接触不足的论述建模和求解。基于线弹性力学中混合边值不足的求解系统,本论文探讨了横观各向同性压电材料以及一维六方和二维六方准晶材料的轴对称接触不足。首先基于Hankel积分变换或势论述策略推导出表面作用各种点荷载的Green函数解,接着将其代入相应的接触边界条件推导出制约接触不足的Fredholm积分方程,最后求解积分方程得出压痕响应的解。本论文探讨了压电薄膜-弹性基底系统和压电层状介质的无摩擦接触不足,压电材料半空间的完全粘附接触不足以及一维和二维准晶材料半空间的无摩擦接触不足。本论文考虑了平底圆柱、球形和锥形三种典型形状压头与材料的接触,在分层模型中还考虑了各种层间界面模型。对于半空间材料的接触不足给出了精确剖析解,对于分层介质接触不足进行了数值求解。数值算例浅析了各种条件对压痕响应的影响,比较了层状介质接触不足的解与半空间材料的解以及完全粘附接触不足与无摩擦接触不足的解,绘出了准晶体在压头作用下的应力云图。本论文得到的薄膜-基底系统接触不足解和层状介质接触不足的解可以直接用来指导压痕实验;而半空间材料的接触解还可以作为标准解以校核其它模型(如有限厚度层模型、层状介质模型)接触不足数值求解或近似求解的结果。本论文给出的准晶体与刚性压头无摩擦接触时位移和应力各分量的精确剖析表达式将对进一步浅析和理解声子场-相位子场的耦合特性提供一定的帮助。关键词:压电材料论文准晶材料论文压痕响应论文无摩擦接触论文完全粘附接触论文积分变换论文势论述论文Fredholm积分方程论文界面模型论文

    致谢7-9

    摘要9-11

    Abstract11-13

    目录13-17

    第一章 绪论17-31

    1.1 引言17-20

    1.1.1 压电弹性论述17-18

    1.1.2 准晶弹性论述18-19

    1.1.3 压痕实验19-20

    1.2 弹性介质接触力学20-23

    1.2.1 无摩擦接触20-21

    1.2.2 粘附接触21-23

    1.3 压电材料压痕响应探讨进展23-27

    1.3.1 压电半无限体23-25

    1.3.2 层状压电介质25-27

    1.4 准晶材料压痕响应探讨进展27-28

    1.5 本论文的工作28-31

    1.5.1 探讨内容28-29

    1.5.2 革新点29-31

    第二章 压电薄膜-弹性基底系统压痕响应31-69

    2.1 引言31-32

    2.2 基本方程32-36

    2.2.1 压电薄膜32-35

    2.2.2 弹性基底35-36

    2.3 Green函数解36-38

    2.4 压痕浅析38-45

    2.4.1 绝缘压头40-42

    2.4.2 导电压头42-45

    2.5 数值算例45-63

    2.6 小结63-64

    附录A64-69

    A.1 压电薄膜的通解式(2.13)中相应参数的定义64-66

    A.2 关于Green函数解中未知系数的线性代数方程组66-67

    A.3 三种形状压头对应的f(r)和W(t)表达式67

    A.4 C_i的表达式67-68

    A.5 H_i(i=1,2,3,4)的表达式68-69

    第三章 层状压电介质压痕响应69-91

    3.1 引言69-70

    3.2 层状压电介质Green函数解70-72

    3.3 数值算例72-90

    3.4 小结90-91

    第四章 压电半空间完全粘附接触不足91-113

    4.1 引言91-92

    4.2 Green函数解92-94

    4.3 粘附接触不足94-101

    4.3.1 边界条件94-95

    4.3.2 叠加原理95-96

    4.3.3 耦合积分方程96-98

    4.3.4 Wiener-Hopf策略求解积分方程98-100

    4.3.5 接触半径的确定条件100-101

    4.4 三种典型形状压头的解101-103

    4.4.1 平底圆柱压头101

    4.4.2 锥形压头101-102

    4.4.3 球形压头102-103

    4.5 数值算例103-108

    4.6 小结108-110

    附录B110-113

    B.1 关于Green函数解中未知系数的线性代数方程组110

    B.2 H_i(i=1,2.3,4)的表达式110

    B.3 关于Bessel函数的Fourier正弦和余弦积分变换联系式110-113

    第五章 一维准晶接触不足113-145

    5.1 引言113-115

    5.2 基本方程115-118

    5.2.1 制约方程115-116

    5.2.2 Green函数解116-118

    5.3 接触不足浅析118-120

    5.3.1 边界条件118-119

    5.3.2 积分方程119-120

    5.4 压痕响应解120-124

    5.4.1 平底圆柱压头121-122

    5.4.2 锥形压头122-123

    5.4.3 球形压头123-124

    5.5 数值算例124-139

    5.5.1 算例一125-129

    5.5.2 算例二129-139

    5.6 小结139-141

    附录C141-145

    C.1 平底圆柱压头141

    C.2 锥形压头141-142

    C.3 球形压头142-145

    第六章 二维准晶接触不足145-165

    6.1 引言145-146

    6.2 基本方程146-149

    6.2.1 制约方程146-147

    6.2.2 Green函数解147-149

    6.3 接触不足浅析149-151

    6.3.1 边界条件149-150

    6.3.2 积分方程150-151

    6.4 压痕响应解151-154

    6.4.1 平底圆柱压头152

    6.4.2 锥形压头152-153

    6.4.3 球形压头153-154

    6.5 数值算例154-161

    6.6 小结161-162

    附录D162-165

    D.1 平底圆柱压头162

    D.2 锥形压头162-163

    D.3 球形压头163-165

    第七章 结论与展望165-169

    7.1 全文总结165-167

    7.2 工作展望167-169

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