用于具有不完美界面的一维复合材料挠电响应的渐近多尺度方法

《International Journal of Engineering Science》：Asymptotic multiscale approach for the flexoelectric response of one-dimensional composite materials with imperfect interfaces

　　

Michele Serpilli | Kuppalapalle Vajravelu | David Guinovart

摘要

本文提出了一种多尺度渐近框架，用于表征具有不完美界面的单向挠电复合材料的电机械响应。该方法基于层次化的微观-介观-宏观框架构建：首先在微观尺度上描述具有薄粘合层的异质层状介质。通过对界面层的渐近分析，该模型被简化为具有非经典不完美界面的介观描述，该界面满足挠电弹簧型传输条件。在宏观尺度上，采用双尺度渐近均质化方法推导出复合材料的有效本构系数。所提出的公式能够捕捉挠电效应、应变梯度弹性和界面顺应性对材料整体行为的影响。特别是，与高阶电机械效应相关的内在长度尺度会导致尺寸依赖性现象，例如当应变梯度效应占主导时界面表现出明显的硬化现象。所得到的均质化模型为量化微观结构特征和界面属性对层状挠电复合材料宏观响应的影响提供了一个一致且易于分析的工具。通过数值示例验证了该公式的有效性，并说明了界面参数和长度尺度效应对材料有效性能的影响。研究结果证实了不完美界面模型向完美接触极限的收敛性，并强调了长度尺度参数在控制局部与非局部电机械机制竞争中的关键作用。