In this paper, we examine the dynamic electromechanical behavior of an edge crack in a piezoelectric ceramic layer bonded between two elastic layers under the combined anti-plane mechanical shear and in-plane electric transient loadings. We adopted both the permeable and impermeable crack boundary conditions. Fourier transforms are used to reduce the problem to the solution of two pairs of dual integral equations, which are then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
In this paper, the anti-plane transient response of a central crack normal to the interface between a piezoelectric ceramics and two same elastic materials is considered. The assumed crack surfaces are permeable. By virtue of integral transform methods, the electro elastic mixed boundary problems are formulated as two set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind in the Laplace transform domain. Time domain solutions are obtained by inverting Laplace domain solutions using a numerical scheme. Numerical values on the quasi-static stress intensity factor and the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
선형 압전 이론(theory of linear piezoelectricity)을 이용하여 면외전단 충격(anti-plane shear impact)을 받는 기능경사 압전 세라믹(functionally graded piezoelectric ceramic)의 중앙에 존재하는 균열(central crack)의 동적 응답에 대해 연구한다. 기능경사 압전재료의 물성치(material property)는 두께방향을 따라 연속적으로 변한다고 가정한다. 라플라스 변환(Laplace transform)과 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하여 두 쌍의 복합적분 방정식을 구성하며, 이를 제2종 Fredholm 적분 방정식(Fredholm integral equations of the second kind)으로 표현한다. 재료 물성치의 변화도(gradient of material properties)와 전기하중(electric loading)의 영향을 보기 위해 동응력세기계수(dynamic stress intensity factor)에 대한 수치 결과를 제시하였다.
A solution is given for the elastodynamic problem of a crack perpendicular to the graded interfacial zone in bonded materials under the action of anti plane shear impact. The interfacial zone is modeled as a nonhomogeneous interlayer with the power-law variations of its shear modulus and mass density between the two dissimilar, homogeneous half-planes. Laplace and Fourier integral transforms are employed to reduce the transient problem to the solution of a Cauchy-type singular integral equation in the Laplace transform domain. Via the numerical inversion of the Laplace transforms, the values of the dynamic stress intensity factors are obtained as a function of time. As a result, the influences of material and geometric parameters of the bonded media on the overshoot characteristics of the dynamic stress intensities are discussed. A comparison is also made with the corresponding elastostatic solutions, addressing the inertia effect on the dynamic load transfer to the crack tips for various combinations of the physical properties.
The problem of a semi-infinite magneto-electro-elastically impermeable mode-III crack in a magneto-electro-elastic material is considered under the action of impact loads. For the case when a pair of concentrated anti-plane shear impacts, electric displacement and magnetic induction impacts are exerted symmetrically on the upper and lower surfaces of the crack, the magneto-electro-elastic field ahead of the crack tip is determined in explicit form. The dynamic intensity factors and dynamic energy density factor are obtained. The method adopted is to reduce the mixed initial-boundary value problem, by using the Laplace and Fourier transforms, into three simultaneous dual integral equations, one of which is converted into an Abel's integral equation and the others into a singular integral equation with Cauchy kernel. Based on the obtained fundamental solutions of point impact loads, the solutions of two kinds of different loading cases are evaluated by integration. For some particular cases, the present results reduce to the previous results.
The analytical solution of two functionally graded layers with Volterra type screw dislocation is investigated under anti-plane shear impact loading. The energy dissipation of FGM layers is modeled by viscous damping and the properties of the materials are assumed to change exponentially along the thickness of the layers. In this study, the rate of gradual change ofshear moduli, mass density and damping constant are assumed to be same. At first, the stress fields in the interface of the FGM layers are derived by using a single dislocation. Then, by determining a distributed dislocation density on the crack surface and by using the Fourier and Laplace integral transforms, the problem are reduce to a system ofsingular integral equations with simple Cauchy kernel. The dynamic stress intensity factors are determined by numerical Laplace inversion and the distributed dislocation technique. Finally, various examples are provided to investigate the effects of the geometrical parameters, material properties, viscous damping and cracks configuration on the dynamic fracture behavior of the interacting cracks.
The dynamic response of an eccentric Griffith crack in functionally graded piezoelectric ceramic strip under anti-plane shear impact loading is ana lysed using integral transform method. Laplace transform and Fourier transform are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed to Fredholm integral equations of the second kind. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. The impermeable crack boundary condition is adopted. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented for the functionally graded piezoelectric material to show the dependence of the gradient of material properties and electric loadings.
본 논문에서는 적분변환법을 이용하여 면외전단 충격하중이 작용하는 두 개의 서로 다른 압전재료층 사이의 기능경사압전재료 접합층 내부 균열에 대한 과도응답 해석 을 수행한다. 기능경사압전재료의 물성치는 두께 방향을 따라 연속적으로 변하는 것으로 가정한다. 라플라스 변환과 푸리에 변환을 이용하여 문제를 복합적분방정식으로 구성하고, 수치해석을 위해 복합적 분방정식을 제 2 종 프레드홀름 적분방정식으로 표현한다. 전기적 하중, 재료물성 치의 변화율, 각 접합층의 두께가 균열의 과도응답에 미치는 영향을 보기 위해 동에너지 해방률에 대한 수치해석 결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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