压电材料疲劳裂纹模型

电疲劳寿命预测

基于Jk积分建立的电-机械混合模式疲劳裂纹扩展模型，可预测压电材料在电疲劳载荷下的裂纹萌生、扩展和寿命。

Chen, Xianghua · Wang, Chunguang · 李群

Acta Mechanica Solida Sinica 2024

技术优势

预测混合模式裂纹

模型基于Jk积分理论，能同时考虑张开型和剪切型裂纹的扩展，给出统一的萌生、扩展和寿命准则。

揭示孔洞抑制作用

仿真结果表明，裂纹尖端前的孔洞能在一定程度上抑制裂纹扩展，为通过结构设计延长寿命提供依据。

量化载荷影响

模型能模拟不同电载荷强度下的裂纹扩展行为，揭示载荷强度对疲劳寿命的影响规律。

应用场景

• 压电执行器：预测执行器在反复电场驱动下的疲劳裂纹扩展与寿命，避免突然失效。
• 压电传感器：评估传感器在长期电载荷下的裂纹萌生风险，保障信号稳定性。
• 结构健康监测：为含压电元件的结构提供疲劳寿命预测，支持提前维护决策。