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超磁致伸缩材料力磁耦合本构关系

红荣  
【摘要】:超磁致伸缩材料本构关系的模拟以及从本构模型中得出的预测性结果对磁场驱动的传感、执行元件的研发具有重要的指导作用.本文研究并构造出了磁致伸缩材料的力磁耦合本构关系. 首先,从近期较为成熟的力-磁耦合形式本构模型出发,将超磁致伸缩材料的应变分为线弹性,铁弹性和磁致伸缩应变等三个部分.针对材料的铁弹性,结合应力各向异性场作用下的磁畴转动图像与经典统计理论给出的铁弹应力应变关系(而这一关系在大部分前人本构模型中均以拟合函数的形式引入).结合广义胡克定律,铁弹应变以及D-H模型中引入的磁致伸缩表达式,给出了单轴应力下的磁致伸缩棒材的力-磁耦合本构关系.其次,将论文给出的本构模型应用于多晶体系中.考虑到定向凝固多晶的各向异性初态,我们引入等效初始应变,将完全各向同性初态假设下得到的本构模型推广到多晶样品的情况,很好地解释了相关实验结果.最后,运用推广的本构模型计算了多晶样品的磁致伸缩,磁化强度,应力应变关系,以及ΔE效应,所得结果与近期实验结果定量符合,说明理论的合理性.另外,本构模型是在磁畴转动理论框架下得到的,所以本模型有助于深入理解力-磁耦合的微观机制. 虽然本文给出的本构模型是基于D-H模型和Z-L模型的,但本模型包含了铁弹应变的物理描述和多晶样品的模拟,对磁化和应变的描述具有统一的物理基础.


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