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Generalised strip-saturation zone models for piezoelectric strip weakened by non-centric semi-permeable crack
Meccanica ( IF 2.7 ) Pub Date : 2021-08-06 , DOI: 10.1007/s11012-021-01408-1
Pooja Raj Verma 1 , R. R. Bhargava 2
Affiliation  

In this paper, we have proposed generalised strip-saturation zone models for non-centric semi-permeable straight hairline crack weakening a piezoelectric strip. Strip-saturation zone model is generalised by considering three different situations: when the distributed in-plane normal yield point of electric-displacement over developed saturation zone rims are linear, quadratic, and cubic interpolating polynomials times. The piezoelectric strip is considered under out-of-plane mechanical and in-plane electrical loadings and crack-faces are assumed to be parallel to the strip boundaries. Fourier integral transform technique is adopted to express the solutions in Fredholm integral equation of second kind. Under small-scale electrical yielding, the analytical expression for size of developed saturation zone is determined for constant, linear, quadratic, and cubic varying yield point conditions. Closed-form analytical expressions are also formed for numerous fracture parameters viz. crack-sliding displacement, crack opening potential drop, field intensity factors, and energy release rates. A numerical case study is demonstrated for the PZT-5H, PZT-4, PZT-6B, and PZT-7A piezoelectric ceramics strip to investigate the impact of material properties, strip width, prescribed electro-mechanical loadings, crack-face boundary conditions on fracture parameters. Apart from this, influence of prescribed loadings on electric crack condition parameter is also presented graphically for all generalised strip-saturation zone models. All the obtained results are analyzed and compared graphically.



中文翻译:

非中心半渗透裂纹削弱压电条带的广义条带饱和区模型

在本文中,我们提出了用于削弱压电条带的非中心半渗透直发丝裂纹的广义条带饱和区模型。条状饱和带模型是通过考虑三种不同情况来概括的:当在发达饱和带边缘上分布的平面内法向屈服点为线性、二次和三次插值多项式时。在平面外机械和平面内电载荷下考虑压电条带,假设裂纹面平行于条带边界。第二类Fredholm积分方程的解采用傅里叶积分变换技术表示。在小尺度电屈服下,饱和区大小的解析表达式为常数、线性、二次、和三次变化的屈服点条件。对于许多裂缝参数,也可以形成闭合形式的解析表达式。裂纹滑动位移、裂纹张开电位下降、场强因子和能量释放率。对 PZT-5H、PZT-4、PZT-6B 和 PZT-7A 压电陶瓷条进行了数值案例研究,以研究材料特性、条宽度、规定的机电载荷、裂纹面边界条件对压电陶瓷条的影响断裂参数。除此之外,对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对于许多裂缝参数,也可以形成闭合形式的解析表达式。裂纹滑动位移、裂纹张开电位下降、场强因子和能量释放率。对 PZT-5H、PZT-4、PZT-6B 和 PZT-7A 压电陶瓷条进行了数值案例研究,以研究材料特性、条宽度、规定的机电载荷、裂纹面边界条件对压电陶瓷条的影响断裂参数。除此之外,对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对于许多裂缝参数,也可以形成闭合形式的解析表达式。裂纹滑动位移、裂纹张开电位下降、场强因子和能量释放率。对 PZT-5H、PZT-4、PZT-6B 和 PZT-7A 压电陶瓷条进行了数值案例研究,以研究材料特性、条宽度、规定的机电载荷、裂纹面边界条件对压电陶瓷条的影响断裂参数。除此之外,对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对 PZT-5H、PZT-4、PZT-6B 和 PZT-7A 压电陶瓷条进行了数值案例研究,以研究材料特性、条宽度、规定的机电载荷、裂纹面边界条件对压电陶瓷条的影响断裂参数。除此之外,对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对 PZT-5H、PZT-4、PZT-6B 和 PZT-7A 压电陶瓷条进行了数值案例研究,以研究材料特性、条宽度、规定的机电载荷、裂纹面边界条件对压电陶瓷条的影响断裂参数。除此之外,对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式呈现了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。对于所有广义带钢饱和区模型,还以图形方式显示了规定载荷对电裂纹条件参数的影响。所有获得的结果都进行了分析和图形比较。

更新日期:2021-08-10
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