Fracture Mechanics of Piezoelectric Solids with Interface Cracks

این کتاب مطالعه جامعی از ترک های واقع در فصل مشترک دو ماده پیزوالکتریک ارائه می دهد. شرایط مرزی الکتریکی مختلف در امتداد سطوح ترک، به ویژه موارد ترک‌های نفوذپذیر، نفوذناپذیر، جزئی نفوذپذیر و رسانا را مورد بحث قرار می‌دهد. این کتاب همچنین روش جدیدی را برای تعیین میدان‌های الکترومکانیکی در نوک ترک‌های رابط در بدنه‌های پیزوسرامیکی با اندازه محدود با شکل دلخواه تحت انواع بارهای مختلف توضیح می‌دهد. این مشکل علمی مکانیک جامدات را در ارتباط با بررسی میدان‌های الکترومکانیکی در اجسام پیزوسرامیک با ترک‌های رابط را حل می‌کند و مدل‌های محاسبه و روش‌های حل مشکلات مکانیکی شکست سطحی را برای اجسام پیزوسرامیک همگن تکه‌ای با ترک‌هایی در سطح مشترک توسعه می‌دهد. این مدل ترک «باز» را مورد بحث قرار می‌دهد که منجر به یک تکینگی نوسانی غیرواقعی فیزیکی در نوک ترک می‌شود، و مدل منطقه تماس برای ترک‌های رابط مستقیم درون صفحه بین دو ماده پیزوالکتریک غیرمشابه. همچنین مدل یک ترک با مناطق پیش شکستگی الکترومکانیکی را بررسی می کند. مسائل فرموله شده به مسائل مربوط به رابطه خطی، که با مدل های مختلف ترک مطابقت دارد، کاهش می یابد و راه حل های تحلیلی دقیق آنها یافت می شود. این کتاب به طور مفصل عباراتی را برای عوامل تنش و شدت جابجایی الکتریکی، و همچنین برای نرخ آزاد شدن انرژی ارائه می‌کند. تأثیر گذردهی الکتریکی ترک، بار مکانیکی و میدان الکتریکی بر حالت الکتروالاستیک، و همچنین پارامترهای مکانیکی اصلی شکست، تجزیه و تحلیل شده و به وضوح نشان داده شده است.

این این کتاب به دانشجویان کارشناسی ارشد، معلمان دانشگاه و محققانی که با مشکلات مکانیک شکست مواد پیزوالکتریک سر و کار دارند و همچنین مهندسانی که در تجزیه و تحلیل استحکام و دوام سازه‌های پیزوالکتریک فعال هستند، می‌پردازد.

This book provides a comprehensive study of cracks situated at the interface of two piezoelectric materials. It discusses different electric boundary conditions along the crack faces, in particular the cases of electrically permeable, impermeable, partially permeable, and conducting cracks. The book also elaborates on a new technique for the determination of electromechanical fields at the tips of interface cracks in finite sized piezoceramic bodies of arbitrary shape under different load types. It solves scientific problems of solid mechanics in connection with the investigation of electromechanical fields in piezoceramic bodies with interface cracks, and develops calculation models and solution methods for plane fracture mechanical problems for piecewise homogeneous piezoceramic bodies with cracks at the interfaces. It discusses the “open” crack model, which leads to a physically unrealistic oscillating singularity at the crack tips, and the contact zone model for in-plane straight interface cracks between two dissimilar piezoelectric materials. It also investigates the model of a crack with electro-mechanical pre-fracture zones. The formulated problems are reduced to problems of linear relationship, which correspond to different crack models, and their exact analytical solutions are found. The book presents in detail the expressions for stress and electric displacement intensity factors, as well as for the energy release rate. The influence of the electric permittivity of the crack, the mechanical load and the electric field upon the electro-elastic state, as well as the main fracture mechanical parameters, are analyzed and clearly illustrated.

This book addresses postgraduate students, university teachers and researchers dealing with the problems of fracture mechanics of piezoelectric materials, as well as engineers who are active in the analysis of strength and durability of piezoelectric constructions.