Akadēmiskais centrshttps://doi.org/10.22364/mkm.58.5.11
А. А. Паньков
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990 Россия
Влияние начального напряженного состояния на эффективные свойства пьезокомпозита
Полный текст: PDF (RUS)
Получено новое численноаналитическое решение задачи “эффективного модуля” статистической механики пьезокомпозитов с учетом наличия начального напряженного электромагнитоупругого состояния нерегулярной структуры с эллипсоидальными неоднородностями. Использован метод функций Грина для однородной пьезоэлектромагнитоупругой среды. Новые решения подтверждены сравнением с известным асимптотическим решением для случая упругого слоистого композита при наличии начального напряженного состояния слоев. Представлены результаты численного анализа влияния начального напряженного состояния на эффективные свойства упругих двухфазных композитов со слоистой, однонаправленноволокнистой и гранулированной структурами. Для композита со сферическими включениями выявлено появление на макроуровне “наведенной” анизотропии, обусловленной наличием начального напряженного состояния структуры. Дан численный анализ влияния осесимметричного макроуровневого начального напряженного состояния на эффективные трансверсальноизотропные электроупругие свойства композита PZT4/фторопласт с однонаправленными пьезоэлектрическими волокнами. Выявлены эффективные характеристики пьезокомпозита, на которые начальное напряженное состояние оказывает существенное влияние.
Ключевые слова: композит, свойства эффективные, состояние напряженное начальное, электромагнитоупругость, пьезоэффект, магнитострикция, моделирование численное
Поступила в редакцию 20.09.2021
Окончательный вариант поступил 11.01.2022
Перевод статьи на английском языке: Springer
Effect of the Initial Stress State on the Effective Properties of Piezocomposite
A new numericalanalytical solution of the problem on the “effective modulus” of statistical mechanics of piezocomposites is obtained considering the presence of an initial stressed electromagneticelastic state of an irregular structure with ellipsoidal inhomogeneities. The Green function method for a homogeneous piezoelectromagnetic elastic medium is used. The validity of the new solution is confirmed by comparing it with the known asymptotic solution for the case of an elastic laminated composite in the presence of an initial stress state of its layers. Results of a numerical analysis of influence of the initial stress state on the effective properties of elastic twophase composites with layered, unidirectionalfibrous and granular structures are presented. For a composite with spherical inclusions, the appearance of “induced” anisotropy at the macrolevel, owing to the presence of the initial stress state of the structure, was revealed. A numerical analysis of influence of the axisymmetric macrolevel initial stress state on the effective transversely isotropic electroelastic properties of a PZT4/fluoroplastic composite with unidirectional piezoelectric fibers is presented. The effective characteristics of the piezocomposite on which the initial stress state had a significant effect were revealed.
Keywords: composite, effective properties, initial stress state, electromagnetic elasticity, piezoeffect, magnetostriction, numerical modeling
Received Sept. 20, 2021 (Jan. 11, 2022)