超磁致伸縮材料的本構理論研究.pdf

1、超磁致伸縮材料作為一種新型的功能材料具有很多優(yōu)越性，目前人們已經(jīng)設計并制造出各種智能結構和器件，如：主動減振裝置、高精度線性馬達、超磁致伸縮微泵、微閥門、微定位裝置等等，使得磁致伸縮材料在眾多的功能材料中備受矚目。然而實驗表明超磁致伸縮材料的本構行為具有十分復雜的非線性特征包括飽和現(xiàn)象、力－磁－熱多場耦合效應及磁滯效應，對此認識不清將嚴重影響以此材料為核心原件的眾多功能器件的設計和使用。為此，本文針對超磁致伸縮材料的復雜本構行為，用不同

2、的方法(熱力學或磁疇理論或二者相結合)，從不同的角度(可逆和不可逆磁化過程)，在不同的適用條件(外加靜磁場或交變磁場)下對超磁致伸縮材料復雜的非線性本構行為進行了理論建模，這一理論研究既涵蓋了超磁致伸縮材料的宏觀多場耦合效應及磁滯現(xiàn)象，又能從微觀機理上揭示其物理本質，補充和完善了現(xiàn)有超磁致伸縮材料的本構理論。 首先，從宏觀連續(xù)介質力學的角度，將超磁致伸縮材料彈性Gibbs自由能G(σ，M，T)進行泰勒展開，運用熱力學關系導出了一

3、個針對一維超磁致伸縮材料的能全面描述力－磁－熱耦合行為的非線性宏觀唯象的理想(無磁滯)本構模型。在已有力－磁耦合模型的基礎上該模型不僅涉及了通常的熱應力導致的應變還涉及了由于熱擾動產(chǎn)生的熱磁耦合應變；其次，在考慮自發(fā)磁化磁矩間的相互作用能的基礎上重新推導內(nèi)能及彈性Gibbs自由能的表達式，運用熱力學關系導出一個涉及力－磁－熱多場耦合效應和“外斯分子場”的有效磁場，并在此基礎上考慮可逆磁化，引入釘匝效應引起的磁滯損耗、高頻激勵引起的經(jīng)典損

4、耗和反常損耗，建立了一個適用于靜、動態(tài)加載條件下的超磁致伸縮材料多場耦合磁滯模型。同時引入“體積分數(shù)”對此耦合磁滯模型做出修正，使其模擬的次要回線能夠滿足“封閉性”；最后，針對現(xiàn)有物理模型的不足，從基本的磁疇理論出發(fā)，全面考慮磁疇運動的兩個主要形式——疇轉和壁移在外加預壓力和磁場作用下對磁化過程的貢獻，建立了超磁致伸縮材料的一維細觀模型。與已有模型相比，上述理論模型能夠從定性或定量兩個方面更好的反映實驗揭示的材料的力－磁－熱多場耦合效應