日本东北大学(Tohoku University)材料加工系Y. Shindo(近藤裕英)教授于2008年6月1日-9日应邀访问了我校,并于2日下午在土木科技馆作了题为《Piezomechanics of Smart Material Systems for Device Applications》的学术报告。Shindo教授是国际知名的新型材料与结构力学专家,在电磁耦合断裂力学、细观力学、低温断裂力学等方面有杰出的贡献,担任数十个国际期刊的编委,在国际固体力学界和材料科学界都有很高的学术声誉。
在诸如传感器、激励器、换能器和变压器等智能材料器件的使用过程中,压电陶瓷材料会受到高机械应力和高电场的作用,因此在机电荷载作用下压电陶瓷及其结构的断裂和变形问题成为器件可靠性和耐久性的关键问题。在报告中Shindo教授较为详细地介绍了他们课题组在三个方面的研究工作:(1)压电器件的弯曲变形。展示了如何用简单的解析模型研究层合压电激励器的机电响应,特别考察了直流电场、机械荷载和极化改变等的影响;结合有限元法,深入探讨了传统和功能梯度压电双晶片在交流电场下因电畴壁运动导致的非线性弯曲。(2)电极端部的机电场集中效应。从理论和实验两个方面考察了多层压电体中电极端部的电弹性场的集中效应,讨论了因局部极化改变而引起的非线性效应,并进一步展示了动态效应。(3)电致断裂和疲劳。给出了压电陶瓷断裂依赖于电场的分析结果;针对预设单边裂纹压电梁(SEPB),采用有限元法研究了压电材料的断裂行为,探讨了裂纹面不同电学条件和局部极化改变对断裂力学参数(如能量释放率)的影响;进行了修正小压头实验和相应的有限元分析,获得了开裂荷载和电场的一个非线性关系;最后探讨了机电荷载作用下SEPB的周期和动态疲劳现象。Shindo教授的报告内容丰富而系统,特别是理论、数值模拟和实验紧密结合的研究特色给现场师生留下了深刻的印象。报告后,大家纷纷提出问题,Shindo教授耐心地给出了回答。整个报告会十分成功,在场的浙大师生不仅从Shindo教授的报告中吸取了大量的新知识、新观点,也从中体会到不同的科研风格。同时,Shindo教授也十分赞赏浙大师生的踊跃态度,认为提出的问题十分到位,使他切身感受到了浙江大学师生的良好科研素质。
除了学术报告外,Shindo教授还与建筑工程学院的丁皓江教授、陈伟球教授、徐荣桥副教授、吕朝锋博士以及航空航天学院的王惠明副教授等老师及其研究生就智能材料及其结构的基本力学问题和应用前景等内容展开了深入的学术探讨,获得了较好的共识。Shindo教授邀请浙大有关教授在适当时候访问日本东北大学,实质性地把双方的科研合作推向前进。