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压电陶瓷反平面裂纹问题中的电场梯度效应

压电陶瓷反平面裂纹问题中的电场梯度效应

作者：曾云华中科技大学

学位级别：硕士

压电材料由于其特有的力电耦合特性,被广泛应用于高科技的力电器件,诸如:换能器、传感器、超声波发生器和制动器等各方面。然而,压电材料固有的脆性特性以及诸如空洞、裂纹或位错等缺陷的存在,往往导致材料在力场和电场的单独或耦合作用... 详细信息

压电材料由于其特有的力电耦合特性,被广泛应用于高科技的力电器件,诸如:换能器、传感器、超声波发生器和制动器等各方面。然而,压电材料固有的脆性特性以及诸如空洞、裂纹或位错等缺陷的存在,往往导致材料在力场和电场的单独或耦合作用下,过早地失效或破坏。因此,对压电断裂力学的研究是十分重要的。由于工程实际应用中的压电材料以横观各向同性压电陶瓷最为普遍,所以,近年来,关于压电陶瓷的反平面断裂问题的研究相当活跃。本文采用考虑了电场梯度效应的电弹性理论即电场梯度理论来分析压电陶瓷的反平面裂纹问题。首先,介绍了电场梯度理论的推导,包括本构方程和边界条件。然后,将电场梯度理论应用于反平面裂纹问题。利用Fourier 变换技术将力电复合边值问题转化为三组对偶积分方程,并讨论了所需要新增的边界条件。采用了Copson方法,将其中一组对偶积分方程转化为第二类Fredholm 积分方程来进行数值求解,得到了裂纹尖端的强度因子、总能量释放率和机械应变能释放率,并与经典理论中的结果进行了比较。最后,以压电陶瓷PZT-5H 为例,讨论了电场梯度效应对压电断裂力学的具体影响。

关键词：压电陶瓷反平面裂纹电场梯度 Fourier变换强度因子总能量释放率机械应变能释放率

电场/温度梯度作用下直流电缆空间电荷输运行为的仿真研究

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电场/温度梯度作用下直流电缆空间电荷输运行为的仿真研究

作者：高颖中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

高压直流(High voltage direct current,HVDC)电缆因低损耗、高可靠性以及便于维修等优点被广泛应用于远距离电力传输,但也存在亟待解决的电荷积累问题。材料在制备或使用的过程中易产生物理或化学缺陷形成不同深度的陷阱。大量电荷在... 详细信息

高压直流(High voltage direct current,HVDC)电缆因低损耗、高可靠性以及便于维修等优点被广泛应用于远距离电力传输,但也存在亟待解决的电荷积累问题。材料在制备或使用的过程中易产生物理或化学缺陷形成不同深度的陷阱。大量电荷在陷阱中积累引起电场畸变,加速绝缘老化,甚至导致绝缘击穿。相比于单一的绝缘材料,电荷积累更容易发生在电缆附件双层绝缘的界面位置,削弱系统的绝缘可靠性。因此,本文针对单层和双层绝缘电缆中空间电荷的积累特点以及电场均匀化的方法开展研究,为电缆的优化设计提供理论指导。聚合物电荷传导研究普遍采用双极性电荷一维输运模型,由于该模型的几何特征不符合电缆实体,模拟结果与实际存在一定差异。因此,本文根据电缆同轴结构建立双极性电荷输运的一维轴对称模型,模拟了空间电荷的积累过程,对影响电荷积聚的主要因素进行了参数化分析,并讨论了电子、空穴分布差异性和电场畸变的根源。结果表明:空穴的迁移速度大于电子是导致空穴在绝缘层占据主导地位的主要原因;时间较长时陷阱电荷密度远大于自由电荷密度,陷阱电荷是造成电场畸变的核心因素。双层绝缘界面两侧材料的电学性能存在差异,导致空间电荷易在双层介质的界面处积累,降低介质材料的绝缘性能,因此本文针对界面电荷动态行为展开研究。在单绝缘层电缆研究的基础上,以典型的电缆附件为例搭建双层介质电荷输运模型,对界面薄层进行重点设置,分析了界面电荷动态特性,并讨论了梯度效应对界面电荷的影响规律。结果表明:界面两侧迁移速度的差异和界面势垒导致界面电荷积累。梯度的增加能够加速界面电荷进入动态平衡状态。在电能传输的过程中,潮流换向并不能使空间电荷的极性发生瞬变,这导致电荷分布规律更加复杂。本文采用双层电荷输运模型模拟了极性反转电压下空间电荷和电场的暂态分布,分析了不同界面位置对电场畸变的影响。结果表明:在反转电压下,电场被极性反转前积累的剩余空间电荷强化,导致严重的电场畸变。当界面位于绝缘层中部时,综合电场畸变系数最小,有利于电缆的安全稳定运行。

关键词：直流电缆空间电荷温度梯度电场梯度界面位置

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镁橄榄石电场梯度张量的重新计算

地质科学译丛 1997年第3期14卷 6-9,27页

作者： Bjrn Winkler 王福盛 Mineralogisch-Petrographisches Institut der Christian-Albrechts Universitat Olshausenstrasse 40D 24098 KielGermany

为了用一个无参数模式获得镁橄榄石所有晶核的电场梯度,提出了一个以密度函数为基础的能带结构重新计算方法。用广义梯度近似值法得到的^(25)Mg 的 V_(zz)与由实验值获得的 V_(zz)相差最大为1%,^(17)O 为2%。如果在换算中使用核四极矩... 详细信息

为了用一个无参数模式获得镁橄榄石所有晶核的电场梯度,提出了一个以密度函数为基础的能带结构重新计算方法。用广义梯度近似值法得到的^(25)Mg 的 V_(zz)与由实验值获得的 V_(zz)相差最大为1%,^(17)O 为2%。如果在换算中使用核四极矩动量值,则绝对值相差约为5%,不对称参数与实验值也相当一致。用一个校正梯度相关互换位势取得的不对称参数值,比用标准局部密度近似值法获得的值要好。四极矩耦合张量的主轴与结晶轴之间的夹角也与实验值相吻合。M1位最大的偏差为1.8°,M2位为0.6°。该计算可以用于评价^(17)O 电场梯度的3组实验数据。所有计算同时也明确提出了一种测定特定 O 原子电场梯度的方法。

关键词：镁橄榄石电场梯度广义梯度近似值橄榄石

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压电反平面裂纹问题中的电场梯度效应

华中科技大学学报（城市科学版） 2005年第B5期22卷 31-35页

作者：曾云胡元太 YANG Jiashi 华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074 Dept. of Eng. Mechanics Univ. of Nebraska

用含有电场梯度效应的电弹性体理论分析了压电体中的反平面裂纹问题.利用Fourier积分变换方法,将相应的复合边值问题转化为对偶积分方程组.求解这些方程组,获得了裂纹尖端的强度因子和能量释放率.通过与没有考虑电场梯度效应的经典理论... 详细信息

用含有电场梯度效应的电弹性体理论分析了压电体中的反平面裂纹问题.利用Fourier积分变换方法,将相应的复合边值问题转化为对偶积分方程组.求解这些方程组,获得了裂纹尖端的强度因子和能量释放率.通过与没有考虑电场梯度效应的经典理论中的结果相比较,发现电场梯度效应对裂纹尖端的强度因子和能量释放率有非常重要的影响.

关键词：压电反平面裂纹电场梯度强度因子能量释放率

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心肌细胞兴奋与电场梯度方向的关系

心脏起搏与心电生理杂志 1994年第2期8卷 86-88页

作者：周晓红陆源朱伟建罗建根夏强浙江医科大学生理学教研室中国医学科学院浙江分院心血管病研究室

本实验采用玻璃微电极记录跨膜电位技术，探讨豚鼠心室肌兴奋对电场梯度方向的依赖性，电场梯度的方向分别与右室乳头肌长轴平行（纵向电场梯度）或垂直（横向电场梯度）．结果表明：心肌细胞纵向电场梯度兴奋阈显著低于横向电场梯度兴... 详细信息

本实验采用玻璃微电极记录跨膜电位技术，探讨豚鼠心室肌兴奋对电场梯度方向的依赖性，电场梯度的方向分别与右室乳头肌长轴平行（纵向电场梯度）或垂直（横向电场梯度）．结果表明：心肌细胞纵向电场梯度兴奋阈显著低于横向电场梯度兴奋阈（０．６５±０．２６Ｖ／ｃｍＶＳ１．１３±０．４２Ｖ／ｃｍ，Ｐ＜０．０１）．提示心肌细胞兴奋对电场梯度方向有依赖性。

关键词：心肌兴奋电场梯度心肌细胞

Bi＿2Sr＿2Ca＿1Cu＿（2－x）Fe＿xO＿y超导体穆斯堡尔谱电场梯度的研究

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信阳师范学院学报（自然科学版） 1994年第2期7卷 158-161页

作者：刘合英陈霞河南师范大学物理系

利用点电荷模型和有效离子键价理论，对铋系２２１２相中对超导性能有重要意义的金字塔晶位的电场梯度进行了计算。在低浓度铁掺杂的铋系２２１２相晶体中，处于金字塔晶位的Ｃｕ原子被Ｆｅ原子替代，计算了以Ｆｅ原子为中心，半径为ｒ... 详细信息

利用点电荷模型和有效离子键价理论，对铋系２２１２相中对超导性能有重要意义的金字塔晶位的电场梯度进行了计算。在低浓度铁掺杂的铋系２２１２相晶体中，处于金字塔晶位的Ｃｕ原子被Ｆｅ原子替代，计算了以Ｆｅ原子为中心，半径为ｒ≤１５Ａ的球形区域中，各电荷对Ｆｅ处电场梯度的贡献。此Ｃｌｕｓｔｅｒ内包含了９１３个离子。理论计算得到金字塔晶位上铁核处电场梯度对称的四极劈裂为ＱＳ＝０．６１４４ｍｍ／ｓ，与Ｂｉ＿２Ｓｒ＿２Ｃａ＿１Ｃｕ＿２－ｘＦｅ－Ｏ＿Ｙ样品的室温穆斯堡尔谱实验结果符合很好。

关键词：铋系超导体电场梯度穆斯堡尔谱

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铋系高Tc超导体电场梯度的穆斯堡尔研究

核技术 1992年第7期15卷 408-412页

作者：李阳曹国辉马如璋北京科技大学北京100083

我们对掺有^(57)Fe微量元素的铋系高Tc超导相进行了穆斯堡尔谱研究,同质异能移位表明分别占据平面和金字塔晶位的铁离子为+3价态,在铋系超导体为离子晶体的前提下,我们利用点电荷模型和有效离子键价模型,在以Cu(1)和Cu(2)晶位为中心分... 详细信息

我们对掺有^(57)Fe微量元素的铋系高Tc超导相进行了穆斯堡尔谱研究,同质异能移位表明分别占据平面和金字塔晶位的铁离子为+3价态,在铋系超导体为离子晶体的前提下,我们利用点电荷模型和有效离子键价模型,在以Cu(1)和Cu(2)晶位为中心分别包含845和884个原子的cluster中计算了铋系高温相中铁原子所占据的铜晶位的电场梯度,其结果与穆斯堡尔谱实验结果符合较好。

关键词：铋系超导体电场梯度穆斯堡尔谱

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铁掺杂Y－124高温超导相的电场梯度研究

核技术 1995年第3期18卷 134-142页

作者：李阳陈宁北京科技大学中国科学院物理研究所国家超导实验室

将点电荷模型和有效价键理论结合起来，发展成点电荷－有效键价模型理论。并利用这种理论模型研究了在高Ｔｃ氧化物超导体Ｙ—１２４结构中被铁杂质原子所占据的有不同局域环境的铜晶位上的电场梯度和所对应的四极劈裂．利用这种方法建... 详细信息

将点电荷模型和有效价键理论结合起来，发展成点电荷－有效键价模型理论。并利用这种理论模型研究了在高Ｔｃ氧化物超导体Ｙ—１２４结构中被铁杂质原子所占据的有不同局域环境的铜晶位上的电场梯度和所对应的四极劈裂．利用这种方法建立了Ｆｅ（３＋）离子在亚晶格尺度上的位移与其电场梯度和周围各离子有效化合价的关系．根据实验中的四极劈裂观察值，从理论计算结果中得到对应于Ｆｅ－Ｏ五配位的Ｆｅ（Ｂ’）离子将偏离ＣｕＯ２面０．０１９５ｎｍ，而具有Ｆｅ－Ｏ六配位的Ｆｅ（Ｂ）离子将偏离０．０３９５ｎｍ．此两晶位上的电场梯度分别沿着＋Ｚ和－Ｚ方向。这种点电荷－有效键价模型对高Ｔｃ氧化物超导体实验中晶位的指认和Ｆｅ（３＋）的位移分析有重要的意义。

关键词：钇氧化物超导体电场梯度高温超导相铁掺杂

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温度梯度下直流套管内绝缘结构优化设计

高电压技术 2022年第3期48卷 928-937页

作者：赵轩宇陈庆国杨洪达池明赫哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院哈尔滨150000

高压直流干式套管由于其运行过程中芯子载流发热,在芯子内外产生较大的温度梯度,致使电场发生翻转现象,使得最外侧极板处场强远大于绝缘结构设计场强。为此,以±800 kV换流变压器干式套管为研究对象,采用电容芯体常用的圆锥模型,利用多... 详细信息

高压直流干式套管由于其运行过程中芯子载流发热,在芯子内外产生较大的温度梯度,致使电场发生翻转现象,使得最外侧极板处场强远大于绝缘结构设计场强。为此,以±800 kV换流变压器干式套管为研究对象,采用电容芯体常用的圆锥模型,利用多物理场耦合软件对温度场电场分布进行求解,并通过对仿真结果的分析,提出电容芯子的优化设计方案,通过降低最外层极板处的绝缘结构设计场强,降低温度梯度下最外层极板处的电场强度。研究发现:圆锥模型中极板长度随径向尺寸的减小,会导致温度梯度下电场翻转程度在径向尺寸上的逐渐增大,电场梯度在径向尺寸上呈现线性增大趋势;随着温度梯度增大,电场梯度在径向尺寸各处均有一定程度的增大,且增大程度相近,表现为电场梯度分布曲线整体向上平移;通过调整电容芯子设计中的最外层极板与最内层极板半径的比值ξ_(r)和极板长度的反比值ξ_(l),适当增大ξ_(r)/ξ_(l),可以降低空载时最外层极板处电场强度,从而降低温度梯度下出现在最外层极板处的最大场强;当ξ_(r)和ξ_(l)分别为4.8和3.6时,电容芯子体积最小,5 kA载流量时的最大电场为4.58 kV/mm。

关键词：电热耦合有限元仿真温度梯度电场梯度优化设计