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磁电弹材料是一种具有电场、磁场与弹性场耦合性质的新型复合材料,即可以实现电能、磁能和机械能之间的相互转换。目前已知的磁电弹材料主要为压电-压磁复合材料,可用于制作传感器、转换器、驱动器和电磁存储元件等。近年来,含缺陷的磁电弹材料破坏力学引起研究者的广泛关注,但研究裂纹和位错之间相互作用的工作甚少,而此工作的研究对理解磁电弹材料的断裂性能是非常重要的。
本论文采用不可渗透裂纹边界条件,利用镜像原理和保角变换技术,分析了横观各向同性磁电弹双材料中裂纹和螺位错的相互作用问题。主要包含以下三部分内容:
第一部分是求解含有位错的无限大和半无限大磁电弹双材料反平面问题的一般解。结果表明,双材料中的位错会产生电场和磁场,而单相材料中的位错只产生电位移和磁感应强度。通过像力公式可以分析自由边界和界面对位错的作用。
第二部分为磁电弹双材料中位错与界面边裂纹相互作用的探讨。首先求得了含界面边裂纹楔形介质中的位错解,然后通过对此解特殊情况的分析得到了无限大楔形介质中位错的解、半无限边裂纹和有限边裂纹与位错的相互作用。最后通过数值算例,针对不同问题讨论了材料常数、楔口角度、裂纹长度对相互作用的影响。
第三部分分析了两种双磁电弹条形介质中位错与界面边裂纹的相互作用。通过数值算例讨论了条形介质宽度或厚度对相互作用的影响。
本论文的所有结果,均可以退化为单相介质问题,也可以退化为压电和纯弹性问题。