含界面裂纹的压电智能梁断裂分析

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1、第34卷第11期哈尔滨工程大学学报Ve1．34No．112013年11月JournalofHarbinEngineeringUniversityNOV．2013含界面裂纹的压电智能梁断裂分析白瑞祥，王亮，陈浩然(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：针对压电智能梁界面裂纹的应力和基于能量原理的断裂行为进行了理论研究．基于Timoshenko梁理论，提出了一个压电智能梁界面断裂问题的分析模型，该模型考虑了胶层的影响，其中胶层采用考虑剥离和剪切刚度的连续弹簧模型，并推导了相应的控制方程，得

2、到了界面剥离应力、剪切应力和能量释放率的解析解，通过实验和文献结果比较证明了解的有效性，通过典型算例分析表明：裂尖剥离应力和剪切应力的值处于同一量级，在预测压电智能梁界面断裂行为时，不能忽略电压作用下界面剥离应力产生的I型断裂．关键词：压电智能梁；界面裂纹；能量释放率；胶层；断裂分析doi：10．3969／j．issn．1006—7043．201212002网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kems／detai1／23．1390．U．20131108．1315．007．html中图分类号：V214．

3、8文献标志码：A文章编号：1006—7043(2013)11-1427—05FractureanalysisofaninterfacialcrackinapiezoelectricsmartbeamBAIRuixiang，WANGLiang，CHENHaoran(StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：Thestressana

4、lysisandfracturebehavioronthebasisoftheenergyprincipleforaninterfacialcrackinapiezoelectricsmartbeamwasstudiedintheory．BasedontheTimoshenkobeamtheory．ananalyticalmodelwasde—velopedforthepiezoelectricsmartbeamwithconsiderationtotheadhesivelayer，inwhichtheadhesive

5、layerwasmodeledasacontinuousspringwiththeshearandpeelstiffness，thegoverningequationsforthepiezoelectricsmartbeamwereformulatedfirstly。andthenanalyticalsolutionswereobtainedforcalculatinginterfacialpeelstressorandshearstressandmodeIandIIenergyreleaserates(EERs)GI

6、andGII，respectively．Thepresentsolutionswereverifiedbyexperimentresultsandthoseavailableintheliteratures．TheresultsindicatedthattheValuesofthepeelstressofthecracktipandtheshearstressareinthesameorderofmagnitude，andthemodeIfracturecannotbeig—noredforthepredictiono

7、finterfacialfracturebehaviorinthepiezoelectricsmartbeam．Keywords：piezoelectricsmartbeam；interfacialcrack；energyreleaserate；adhesivelayer；fractureanalysis压电材料由于具有正、逆压电效应，在航空航铝结构的界面裂纹扩展问题_1j．Shang等通过一系列天、船舶、土木工程等领域得到了广泛的应用．人们的悬臂梁试件，对PZT薄膜的界面断裂进行了研将压电材料通过表面粘贴或内部埋人的

8、方式植入基究，得到了试件的断裂载荷一位移曲线J．白瑞祥等体结构中而形成层合的智能结构，但是，由于连接界采用压电复合材料FRMM断裂实验结合数字图像面上材料性质的不匹配，经常导致这种层合的智能相关方法对压电一复合材料界面断裂行为进行了研结构在粘结界面发生断裂．因此，压电复合材料界面究，讨论了不同胶粘剂对压电复合材料梁界面断裂裂纹问题