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含能表面纳米结构压电复合材料尺寸相关多物理行为的均匀化。 (英语) Zbl 1501.74015号

摘要:考虑扩展Gurtin-Mordoch相干界面模型的表面压电性已被纳入复合材料圆柱组合(CCA)、广义自洽方法(GSCM)以及多物理有限元微观力学(MFEM)中,用于模拟以界面应力和电位移为主的纳米多孔材料的尺寸依赖性多物理响应。对于CCA/GSCM模型,相干界面模型通过控制表面应力和表面电位移变化的广义Young-Laplace方程实现。利用三种加载模式识别一整套Hill模量、压电常数和介电常数的闭合解。在MFEM的情况下,表面压电通过与沿界面延伸的元件相关联的额外表面能直接合并。为了评估所开发的计算方法的准确性,发展了远场横向电位移载荷下的广义Kirsch问题,以恢复孔隙边界附近的电位移浓度。通过CCA/GSCM和MFEM方法预测,生成并严格检查各种参数和尺寸的均匀化特性。结果表明,除横向剪切模量外,这两类均质技术的所有预测有效性质都相似,在横向剪切模量中,它们显示出明显的差异,这让人想起在没有表面电的情况下观察到的情况。

MSC公司:

74E30型 复合材料和混合物特性
2015年第74季度 固体力学中的有效本构方程
2015年1月74日 固体力学中的电磁效应
74M25型 固体微观力学
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Barenblatt,G.I.,脆性断裂过程中平衡裂纹的形成。一般想法和假设。轴对称裂纹,J.Appl。数学。机械。,23, 622-636 (1959) ·Zbl 0095.39202号
[2] Barenblatt,G.I.,《脆性断裂中平衡裂纹的数学理论》,(Dryden,H.L.;von Kármán,T.;Kuerti,G.;van den Dungen,F.H.;Howarth,L.,《应用力学进展》(1962),Elsevier),55-129
[3] Bensoussan,A。;狮子,J.-L。;Papanicolau,G.,周期结构的渐近分析(1978),北荷兰:北荷兰阿姆斯特丹·Zbl 0404.35001号
[4] Benveniste,Y.,两种各向异性介质之间三维弯曲薄各向异性界面的通用界面模型,J.Mech。物理。固体。,54, 708-734 (2006) ·Zbl 1120.74323号
[5] Benveniste,Y。;Miloh,T.,《二维弹性力学中不完美的软界面和硬界面》,Mech。材料。,33, 309-323 (2001)
[6] Bormann,F。;Peerlings,R.H.J。;Geers,M.G.D.,《位错传输与相界裂纹形核之间的竞争》,《欧洲力学杂志》。固体。,第78条,第103842页(2019年)·Zbl 1473.74107号
[7] 卡瓦尔坎特,M.A.A。;哈塔姆,H。;Pindera,M.-J.,《利用FVDAM和FEM方法对弹塑性周期性材料进行均匀化——评估》,合成。工程学士,42,1713-1730(2011)
[8] Chatzigeorgiou,G。;Benaarbia,A。;Meraghni,F.,涂层长纤维复合材料的压电-压磁行为,考虑本征场,Mech。材料。,138,第103157条pp.(2019)
[9] Chatzigeorgiou,G。;北卡罗来纳州查拉兰巴基斯。;Chemisky,Y。;Meraghni,F.,《耗散复合材料的热力学行为》(2018),爱思唯尔
[10] Chatzigeorgiou,G。;贾维利,A。;Meraghni,F.,多涂层长纤维复合材料有效压电性能和机电场的微机械方法,国际固体结构杂志。,159, 21-39 (2019)
[11] Chatzigeorgiou,G。;贾维利,A。;Steinmann,P.,《界面特性影响复合材料的有效介电常数》,Phil.Mag.,95,3402-3412(2015)
[12] Chatzigeorgiou,G。;贾维利,A。;Steinmann,P.,《微观或纳米级含能界面复合材料的多尺度建模》,数学。机械。固体,201130-1145(2015)·兹比尔1329.74016
[13] Chatzigeorgiou,G。;梅拉赫尼,F。;Charalambakis,N.,第1章-张量(Chatzigeorgiou,G.;Meraghni,F.;Charalambackis,N,《复合材料的多尺度建模方法》(2022),Elsevier),3-27
[14] Chatzigeorgiou,G。;梅拉赫尼,F。;Javili,A.,复合材料中的广义界面能和尺寸效应,J.Mech。物理。固体。,106, 257-282 (2017)
[15] Chebanenko,V.A。;Zhilyaev,I.V。;Soloviev,A.N。;谢尔巴科夫,A.V。;Parinov,I.A.,《压电发电机的数值优化》,《高级电介质杂志》,第10期,第2060016页,(2020年)
[16] 陈,Q。;Pindera,M.-J.,《具有Gurtin-Mordoch界面的弹塑性纳米多孔材料的均匀化和局部化:计算方法评估》,国际塑料杂志。,124, 42-70 (2020)
[17] 陈,Q。;孙,Y。;王,G。;Pindera,M.-J.,《圆柱形孔隙纳米多孔材料的有限体积均匀化和局部化》。第2部分:新结果,Eur.J.Mech。固体。,73, 331-348 (2019) ·兹比尔1406.74556
[18] 陈,Q。;涂,W。;刘,R。;Chen,X.,具有热电弹性相的周期性复合材料的参数化多物理有限体积理论,J.Intell。马特。系统。结构。,29, 530-552 (2018)
[19] 陈,Q。;Wang,G.,界面部分开裂单向压电复合材料的计算效率均匀化和局部化,Compos。结构。,232,第111452条pp.(2020)
[20] 陈,Q。;王,G。;Pindera,M.-J.,《纳米多孔复合材料的均匀化和定位——评论和新发展》,Compos。B工程,155329-368(2018)
[21] Chen,T.,具有界面效应的纤维压电纳米复合材料有效模量之间的精确尺寸依赖关系,机械学报。,196205-217(2008年)·Zbl 1139.74045号
[22] Chen,T。;Chiu,M.-S。;Weng,C.-N.,纳米尺度固体中弯曲界面广义Young-Laplace方程的推导,J.Appl。物理。,100,第074308条pp.(2006)
[23] Christensen,R.M。;Lo,K.H.,三相球体和圆柱体模型中有效剪切特性的解决方案,J.Mech。物理。固体。,27, 315-330 (1979) ·兹比尔0419.73007
[24] Craighead,H.G.,纳米机电系统,科学,290,1532-1535(2000)
[25] 戴,M。;Yang,H.-B。;Schiavone,P.,基于原始Gurtin-Mordoch模型的表面张力椭圆孔周围的应力集中,Mech。材料。,135, 144-148 (2019)
[26] 戴,S。;加尔比,M。;Sharma,P。;Park,H.S.,《表面压电性:纳米结构中的尺寸效应和非压电材料中压电性的出现》,J.Appl。物理。,110,第104305条pp.(2011)
[27] 达维多夫,D。;贾维利,A。;Steinmann,P.,《纳米结构的分子静力学和表面增强连续建模》,计算。马特。科学。,69, 510-519 (2013)
[28] Duan,H.L。;Karihaloo,B.L.,非理想界面异质材料的热塑性特性:广义莱文公式和希尔联系,J.Mech。物理。固体。,55, 1036-1052 (2007) ·Zbl 1170.74017号
[29] Duan,H.L。;Wang,J。;Karihaloo,B.L。;Huang,Z.P.,通过表面改性,纳米多孔材料可以比无孔材料更坚硬,《材料学报》。,54, 2983-2990 (2006)
[30] Dugdale,D.S.,《含缝隙钢板的屈服》,J.Mech。物理。固体。,8,100-104(1960年)
[31] Elices,M。;几内亚,G.V。;Gómez,J。;Planas,J.,《内聚带模型:优势、局限和挑战》,《工程分形》。机械。,69, 137-163 (2002)
[32] 风扇,S。;毕,S。;李,Q。;郭,Q。;刘杰。;欧阳,Z。;江,C。;Song,J.,具有强表面原子键的ZnO纳米线的尺寸依赖杨氏模量,《纳米技术》,29,第125702页,(2018)
[33] Firooz,S。;Chatzigeorgiou,G。;梅拉赫尼,F。;Javili,A.,《由于一般界面导致颗粒复合材料尺寸效应的均匀化》,Mech。材料。,139,第103204条,第(2019)页
[34] Firooz,S。;Javili,A.,《理解一般界面在复合材料整体行为和尺寸效应中的作用》,计算。马特。科学。,162, 245-254 (2019)
[35] Firooz,S。;斯坦曼,P。;Javili,A.,《具有扩展通用界面的复合材料均匀化:综合审查和统一建模》,应用。机械。第73版,第040802条,pp.(2021)
[36] Ghosh,K。;Lopez-Pamies,O.,《填充液体包裹体的弹性体:理论、数值实现和一些基本结果》,J.Mech。物理。固体。,166,第104930条,第(2022)页
[37] 顾S.T。;秦,L.,具有压电相干非理想界面的压电非均匀材料的变分原理和尺寸相关界,国际工程科学杂志。,78, 89-102 (2014) ·Zbl 1423.74636号
[38] Gurtin,M.E。;Murdoch,A.I.,弹性材料表面的连续理论,Arch。定额。机械。分析。,57, 291-323 (1975) ·Zbl 0326.73001号
[39] Gurtin,M.E。;Murdoch,A.I.,《固体中的表面应力》,《国际固体结构杂志》。,14, 431-440 (1978) ·Zbl 0377.73001号
[40] Hashin,Z.,《弹性中的薄界面/不完美界面及其在涂层纤维复合材料中的应用》,J.Mech。物理。固体。,50, 2509-2537 (2002) ·Zbl 1080.74006号
[41] 哈欣,Z。;Rosen,B.W.,《纤维增强材料的弹性模量》,J.Appl。机械。,31, 223-232 (1964)
[42] 何,Z。;Pindera,M.-J.,《反平面剪切下周期性材料基于有限体积的渐近均匀化理论》,《欧洲力学杂志》。固体。,85,第104122条pp.(2021)·Zbl 1476.74148号
[43] 何,Z。;Pindera,M.-J.,反平面剪切载荷下粘弹性复合材料的局部精确渐近均匀化,Mech。材料。,155,第103752条pp.(2021)
[44] Hill,R.,《纤维增强材料的力学性能理论:I.弹性行为》,J.Mech。物理。固体。,12, 199-212 (1964)
[45] Hoang,M.-T。;Yvonnet,J。;Mitrushchenkov,A。;Chambaud,G.,具有表面效应的压电纳米线的基于第一性原理的多尺度模型,J.Appl。物理。,113,第014309条pp.(2013)
[46] 贾维利,A。;McBride,A。;Steinmann,P.,《低维能量学固体的热力学:纳米尺度下表面、界面和曲线结构的重要性》。统一审查,申请。机械。第65版,第010802条,pp.(2013)
[47] 贾维利,A。;McBride,A。;斯坦曼,P。;Reddy,B.D.,表面材料参数的容许范围与线弹性体稳定性之间的关系,Phil.Mag.,92,3540-3563(2012)
[48] 贾维利,A。;斯坦曼,P。;Mosler,J.,《一般不完美界面的微观到宏观过渡解释》,计算。方法应用。机械。工程师,317274-317(2017)·Zbl 1439.74333号
[49] Jelinska,N。;Kalnins,M。;科瓦洛夫斯。;Chate,A.,用响应面法设计含纳米颗粒的PVA/PVAc薄膜的弹性模量,Mech。作曲。材料。,51, 669-676 (2015)
[50] 姜杰。;赵,J。;庞,S。;梅拉赫尼,F。;Siadat,A。;Chen,Q.,Physics-informated deep neural network enabled discovery of size-dependent deformation mechanism in nanostructures,Int.J.固体结构。,236-237,第111320条pp.(2022)
[51] 科希曼,D.M。;Drugan,W.J.,具有非正定相的弹性复合材料的分析稳定性条件,Proc。数学。物理。工程科学。,468, 2230-2254 (2012) ·Zbl 1371.74013号
[52] 列夫雷,V。;Lopez-Pamies,O.,《纤维增强/减弱弹性体的整体弹性介电性能》,J.Appl。机械。,82,第111009条pp.(2015)
[53] 列夫雷,V。;Lopez-Pamies,O.,《具有快速振荡无源和有源项的弹性电介质复合材料均匀化》,SIAM J.Appl。数学。,1982年至1988年(2017年)·Zbl 1380.35016号
[54] 马尔格拉斯,V。;Ataee-Esfahani,H。;Wang,H。;江,B。;李,C。;吴国忠。;Kim,J.H。;Yamauchi,Y.,介孔金属纳米结构,高级材料。,28, 993-1010 (2016)
[55] 米勒,R.E。;Shenoy,V.B.,纳米结构元件的尺寸依赖弹性特性,纳米技术,11,139-147(2000)
[56] Milton,G.W.,相干势近似是一种可实现的有效介质方案,Commun。数学。物理。,99, 463-500 (1985)
[57] Mogilevskaya,S.G。;克劳奇,S.L。;香港Stolarski。;Benusiglio,A.,评估具有表面/界面效应的单向多相复合材料有效弹性性能的等效不均匀性方法,国际固体结构杂志。,47, 407-418 (2010) ·Zbl 1183.74227号
[58] Nasedkin,A.V.,《具有机械界面效应的压电复合材料建模》,(Marmo,F.;Sessa,S.;Barchiesi,E.;Spagnuolo,M.,《连续统和结构力学中的数学应用》(2021),Springer国际出版:Springer International Publishing Cham),13-31·Zbl 1496.74055号
[59] Needleman,A.,通过夹杂物脱粘形成空穴成核的连续体模型,J.应用。机械。,54, 525-531 (1987) ·Zbl 0626.73010号
[60] Nguyen,T.D。;毛,S。;Yeh,Y.-W。;Purohit,P.K。;McAlpine,M.C.,《纳米柔性电》。《先进材料》,25946-974(2013)
[61] 开,D.V。;Vuong,L.D。;Chuong,T.V。;Quang,D.A。;Tuyen,H.V。;Tung,V.T.,烧结行为对水热合成前驱体纳米粒子制备的BaTiO3无铅陶瓷微观结构和电性能的影响,高级电介质杂志,11,第2150014页,(2021)
[62] Saeb,S。;斯坦曼,P。;Javili,A.,《有限变形下计算均匀化的方面:从reuss到voigt界限的统一审查》,Appl。机械。第68版,第050801条,pp.(2016)
[63] Shenoy,V.B.,金属fcc晶体表面弹性特性的原子计算,物理。B版,71,第094104条,pp.(2005)
[64] Thabet,A。;Fouad,M.,单芯电力电缆纳米复合材料绝缘中介电强度和局部放电模式的评估,《高级电介质杂志》,11,文章2150022页(2021)
[65] 涂,W。;Chen,Q.,单向石墨/聚酰亚胺复合材料在离轴载荷下界面脱粘的演变,工程分形。机械。,230,第106947条pp.(2020)
[66] 涂,W。;Chen,Q.,《利用FVDAM和FEM方法对具有演变损伤的单向纤维增强复合材料进行均匀化和局部化:关键评估》,《工程分形》。机械。,239,第107280条pp.(2020)
[67] 涂,W。;陈强,多层压电BaTiO3/PZT-7A复合材料的机电响应,《智能杂志》。马特。系统。结构。,1966-1986年(2021年)
[68] 涂,W。;Pindera,M.-J.,通过有限体积均匀化在周期性材料中基于粘性区域的损伤演化,J.Appl。机械。,81,第101005条pp.(2014)
[69] 范登博世,M.J。;Schreurs,P.J.G。;Geers,M.G.D.,《考虑界面纤维化的具有大位移公式的粘性区模型》,《欧洲力学杂志》。固体。,26, 1-19 (2007) ·兹比尔1105.74039
[70] 王,G。;何,Z。;Chen,Q.,固体和空心纳米线在径向负载下的表面效应,应用。数学。型号。,96, 697-718 (2021) ·Zbl 1481.74595号
[71] 冬季,北卡罗来纳州。;贝克顿,M。;张,L。;王欣,孔设计对纳米多孔硅力学性能的影响,材料学报。,124, 127-136 (2017)
[72] Xiao,J.H。;Xu,Y.L。;Zhang,F.C.,具有界面效应的压电纳米复合材料的尺寸依赖性有效电弹性模量,机械学报。,222, 59 (2011) ·Zbl 1269.74190号
[73] Xu,X.P。;Needleman,A.,脆性固体中快速裂纹扩展的数值模拟,J.Mech。物理。固体。,42, 1397-1434 (1994) ·Zbl 0825.73579号
[74] Yang,L。;Wang,Y。;郭毅。;张伟。;Zhao,Z.,水滴驱动摩擦电纳米发电机的稳健工作机制:摩擦电输出与水滴动态运动,马特教授。国际文联。,第6条,第1901547页(2019年)
[75] Yang,L。;Wang,Y。;赵,Z。;郭毅。;陈,S。;张伟。;Guo,X.,使用深度学习方法进行实时沉积物监测的颗粒液滴驱动摩擦电动纳米发电机,ACS Appl。马特。接口,1238192-38201(2020)
[76] Yang,S.Y。;Jeon,G。;Kim,J.K.,大面积垂直排列在固体基底上的独立氧化铝纳米管的高密度阵列,J.Mater。化学。,22, 23017-23021 (2012)
[77] Yu,J。;温,Y。;Yang,L。;赵,Z。;郭毅。;郭欣,《摩擦电动纳米发电机监测与深度学习方法》,纳米能源,92,第106698页(2022)
[78] Zhang,Y。;Hong,J。;刘,B。;Fang,D.,BaTiO3纳米线铁电行为的应变效应:分子动力学研究,纳米技术,21,文章015701 pp.(2009)
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