非線性磁電耦合分析的有限元法及其應用.pdf

1、磁電復合材料中的磁電效應或逆磁電效應，是通過壓電相和壓磁相的界面應變介導獲得，而原本的壓電相和壓磁相均不具備磁電耦合。目前磁電復合材料可以獲得比單相多鐵性材料高幾個數(shù)量級的耦合系數(shù)，這使得磁電效應在實際應用中成為可能。作為一種新型的智能材料，磁電復合材料在機電系統(tǒng)、磁電傳感器、信息存儲、微波器件等領域具有巨大的應用前景。由于組成磁電材料的鐵電相和鐵磁相的本構通常具有強非線性，其材料參數(shù)往往是應力場、偏磁場、溫度場等場變量的非線性函數(shù)，所

2、以磁電復合材料在磁場或電場激勵下的響應通常也是非線性響應。因此建立磁電復合材料力-磁-電的全耦合非線性分析在結構器件的設計中具有實際的需要。本文推導了一種顯式增量有限元算法來考察磁電復合材的多場耦合。主要進行了以下方面的工作:
　　(1)首先在線性壓磁方程和系統(tǒng)平衡微分方程的基礎上，通過顯式的方法考慮壓磁系數(shù)和磁導率隨預應力和外磁場的非線性變化，推導了增量形式的有限元算法，并運用有限元軟件ABAQUS中的子程序USDFLD實現(xiàn)了該

3、算法，在超磁致伸縮材料的準靜態(tài)響應中驗證了該算法的有效性、收斂性和穩(wěn)定性。
　　(2)運用上述顯式增量算法模擬超磁致伸縮材料致動器在存在外磁場和預應力時在交變磁場激勵下的動態(tài)響應，得到了不同預應力水平下的頻率響應特性和力、位移輸出曲線?？疾炝瞬牧献枘岜?、交變磁場與偏磁場幅值比等因素對響應的影響。數(shù)值結果表明采用顯式增量算法和一般的線性本構計算在幅值比較大時將產(chǎn)生較大的差別。
　　(3)將處理非線性磁致伸縮的方法運用到磁電層合