[發明專利]力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法

在審

• 申請號: 201911336567.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111105848A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 黃成;祁霄;陳良友;孫曉峰;武之煒
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C20/30;G16C10/00;G16C20/90
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 王昊

1.力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法，包括以下步驟：

步驟一：基于Landau-Devonshire相變理論，結合力學平衡方程、電學平衡方程和Ginzburg-Landau相場動力學方程，將鐵電材料內的橢圓形裂紋考慮為電夾雜，高電能的“電夾雜”與周圍的電疇相互作用，相互交換能量，達到平衡狀態，以此建立多場耦合的新相場模型；

步驟二：利用有限元求解器，編寫含裂紋鐵電單元程序，求解含裂紋鐵電單晶力-電-熱多場耦合問題；

步驟三：給出不同電夾雜模型的電滯回線，通過控制電夾雜的介電常數來提高材料性能或防止材料性能的退化；得到在給定機電載荷作用下不同電夾雜模型的鐵電單晶在不同溫度環境下的疇結構和應力場分布。

2.根據權利要求1所述的力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法，其特征在于：在步驟一中，新相場模型的自由能表達采用電焓的形式，包含了Landau能、疇壁能、彈性能、靜電能和耦合能和不同電夾雜電能的相互作用；取系統總能量最小時獲得的場變量模擬疇結構的實時演化過程。

3.根據權利要求1所述的力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法，其特征在于：在步驟二中，運用ANSYS有限元軟件，模擬在含空氣、硅油和水的電夾雜模型，在裂紋尖端附近進行兩次網格細化處理；得到含裂紋鐵電單晶的模型建模和網格劃分，取出節點信息和單元信息；通過FORTRAN編寫含電夾雜的八節點等參元鐵電單元程序，基于多場外載作用下的邊界條件，利用FEAP求解器牛頓插值求解該非線性方程，求解含電極鐵電單晶力-電-熱耦合問題。

4.根據權利要求1所述的力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法，其特征在于：在步驟三中，將FEAP有限元求解得到的場變量導入至Fortran編寫的后處理程序中，運用TECPLOT和ORIGIN軟件得到可視化場變量結果；同時給出不同電夾雜對電滯回線中極化飽和點處的疇結構、電場和應力場分布的影響。

5.根據權利要求1所述的力-電-熱耦合場作用下含裂紋鐵電材料強度分析預測方法，其特征在于：用模型統一表達含裂紋鐵電材料在力-電-熱耦合場作用下，微觀疇結構的演化與宏觀局部應力集中之間的相互關聯。