Levchenko M. Modeling of a crack between two piezoelectric materials taking into account the electrical permeability of its filler

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002460

Applicant for

Specialization

  • 113 - Прикладна математика

Specialized Academic Board

ДФ 08.051.106 ID 6546 Левченко М.С.

Oles Honchar Dnipro National University

Essay

The methods were developed in the dissertation and the solutions of planar and spatial problems were carried out for bimaterial piezoelectric bodies with interfacial cracks under the action of electrical and mechanical loading, in particular, a new method of modeling the crack filler between two piezoelectric materials was developed. Using the analytical approach and the finite element method, the analysis of an electrically insulated crack between two piezoelectric materials in the plane and spatial cases was carried out. A methodology for investigating an interfacial crack in a piezoelectric composite of finite dimensions under various types of electrical boundary conditions on its faces has been proposed and implemented. It includes the energy release rate determination; the influence of the electric field on the conductive crack is analyzed in detail. Using the analytical solution for a crack with finite electrical permeability between two piezoelectric materials, a numerical analysis of this crack model was carried out in the plane and spatial cases for a body of finite dimensions; for different cross-sections, orthogonal to the crack fronts, the magnitudes of the electric flux and other electromechanical characteristics were found for the spatial case. A new approach to the analysis of an interfacial crack with finite electrical permeability which is not based upon simplifying models of the interaction of its faces is proposed. The practical significance of the obtained results is that an effective finite-element method for solving planar and three-dimensional problems for piezoelectric bimaterial bodies with interfacial cracks with finite electrical permeability of their filler has been developed. It can be used in the engineering practice of enterprises related to design and manufacture of electronic products that include a piezoelectric component.

Research papers

1. Левченко М. С., Гергель І. Ю., Лобода В. В. Про особливості деформування тріщини між двома п’єзоелектричними матеріалами //Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: зб. наук. праць. – Дніпро: Ліра, 2021. – Вип. 33. – С. 86–97. DOI: 10.15421/4221008 (Фахове видання категорії Б)

2. Левченко М., Лобода В. Аналіз тріщини зі скінченою електричною проникністю між двома п’єзоелектричними матеріалами // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». 50 Серія: Динаміка і міцність машин. № 1. 2023, с. 45-50, DOI: 10.20998/2078-9130.2023.1.275582. (Фахове видання категорії Б)

3. Левченко, М. С., Лапуста, Ю.М., Лобода, В.В. Про спосіб моделювання заповнювача тріщини між двома п’єзоелектричними матеріалами // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій, 2(37), с.94-104. https://doi.org/10.15421/4223219(Фахове видання категорії Б)

4. Adlucky V. J., Levchenko M. S., Loboda V. V. Finite-element analysis of the parameters of fracture in a piezoelectric bimaterial with interface crack for various types of boundary conditions on its faces // J. Math. Sci. – 2024. – 279, No. 2. – P. 181–196. – https://doi.org/10.1007/s10958-024-07004-4 (Scopus, Q3)

5. Levchenko M., Lapusta Y., Loboda V. 3-D analysis of a crack with finite electrical permeability between two piezoelectric materials. Procedia Structural Integrity 59 (2024) 724–730. 10.1016/j.prostr.2024.04.103 (Scopus, Q2)

6. Левченко М.С., Лобода В.В. Тріщина між двома п’єзоелектричними матеріалами під дією механічного навантаження та електричного поля. // Математичні проблеми технічної механіки-2018. Матеріали міжнародної наукової конференції. – Київ, Черкаси, Кам’янське. – 2018. – С. 60.

7. Левченко М.С., Лобода В.В. Чисельно-аналітичний аналіз тріщини між двома п’єзоелектричними матеріалами. // Математичні проблеми технічної механіки-2021. Матеріали міжнародної наукової конференції. – Київ, Черкаси, Кам’янське.. -2021.- С. 42. https://www.dstu.dp.ua/uni/downloads/maket_zbirnik_mater_conf_mptm2021.pdf

8. Адлуцький В., Левченко М., Лобода В. Визначення параметрів руйнування п’єзоелектричного біматеріалу при наявності інтерфейсної тріщини з використанням МСЕ. // Сучасні проблеми механіки та математики – 2023. Матеріали міжнародної наукової конференції. Львів. – 2023 - с.185. http://iapmm.lviv.ua/mpmm2023/materials/me03_26.pdf

Similar theses