АНАЛІЗ ТРІЩИН ТА ЕФЕКТИ ЕКРАНУВАННЯ В СУЧАСНИХ МАТЕРІАЛАХ

Анотація

П'єзоелектричні матеріали, завдяки їхньому зв'язку між електричними та механічними полями, знаходять все більше використання в інтелектуальних електромеханічних системах. Магнітоелектричні композити, такі як BaTiO3-CoFe2O4, стали важливими матеріалами нового покоління пристроїв. Пошуки у даному напрямку досить складні і важливі, вони вимагають уваги наукової спільноти та подальших досліджень. Протягом останніх кількох десятиліть можливості для формулювання і реалізації обчислювальних моделей для неперервних середовищ значно розширилися за рахунок охоплення великого спектра фізичних властивостей речовин та полів в обчислювальних моделях. У цій статті головну роль відіграє асимптотичний аналіз як математичний інструмент для створення наближених рівнянь та оцінки значущості різних гіпотез. Розглядається застосування методу збурення, розробленого Кагадій Т. С. та іншими, для вирішення двовимірних контактних задач електропружності, зокрема для матеріалів із прямолінійною анізотропією. Широкий спектр застосувань даного асимптотичного підходу демонструє його ефективність для спрощення складних задач, зводячи їх до послідовного розв’язання крайових задач, заснованих на теорії потенціалу. Колективом авторів даного дослідження показано, що завдяки застосуванню вказаного методу відкривається можливість формулювання відповідних крайових задач для основних рівнянь і у подальшому представити початкову задачу електропружності у вигляді суперпозиції більш простих крайових задач. При цьому механічні та електричні складові можуть бути відокремлені, але зберігають взаємодію через крайові умови. Для проведення чисельного аналізу авторами статті було розглянуто випадок з ковзанням однієї поверхні тріщини по інший паралельно фронту тріщини та обрані актуальні матеріали з відомими характеристиками. З результатів розрахунків видно, що навіть за нульового механічного навантаження грані тріщини ковзають одна відносно одної за рахунок ненульових електричних або магнітних полів. Вельми цікавим для вивчення є ефект екранування, який пом'якшує рух тріщини шляхом зміни розподілу магнітного поля. Це зменшує загальний фактор інтенсивності напружень і запобігає поширенню тріщини. Проведення подібного комплексного аналізу є вкрай важливим для розуміння та передбачення міцності та надійності структурних компонентів, виготовлених із п'єзоелектричних / п'єзомагнітних матеріалів, важливо провести комплексний аналіз механізмів їх руйнування.