磁电双材料界面电(/磁)致断裂的理论研究

摘要

建立了磁电双材料界面电(/磁)致断裂分析的理论模型:该双材料由铁酸钴(Cobalt Ferrite)层和钛酸钡(Barium Titanate)层粘接而成,前者为磁致伸缩材料,后者为电致伸缩材料;该双材料置于均匀电场(或磁场)之中,其上下表面受到机械约束作用。在上述结构模型和加载条件下,考虑界面断裂问题。采用余弦积分变换和Cauchy奇异积分方程方法求解该断裂问题。通过讨论断裂参数的数值解,得到如下结论:(1)电场载荷比磁场载荷更容易使由铁酸钴层和钛酸钡层组成的磁电双材料发生断裂。从机理上讲,铁酸钴层和钛酸钡层在磁、电性能参数方面的差异是引起这个结果的根本原因。(2)在电场载荷作用下,改变压电硬化系数几乎不影响双材料的断裂驱动力,而改变压磁硬化系数却会显著影响双材料的断裂驱动力。在磁场载荷作用下,刚好得到相反的结论。引起这个结果的机理是铁酸钴层和钛酸钡层的主动与被动变形以及由此而引起的约束效应。具体来讲,比如,在电载荷作用下,钛酸钡层发生主动变形,而铁酸钴层发生被动变形,后者相当于为前者提供约束,改变铁酸钴层的压磁硬化系数相当于改变约束的强度,因而会显著影响双材料的断裂驱动力,这与断裂力学常识也是相符的。进一步分析得到如下推论:压电(或压磁)层只有在发生被动变形时才会产生压电(或压磁)硬化效应。