【摘 要】
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多铁性材料是重要的功能材料,在现代科技领域具有广泛的应用前景。本文从变形体力学的角度出发,考虑不同的连通方案下材料的磁电效应,研究结构的边界条件、各相的体积分数、
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多铁性材料是重要的功能材料,在现代科技领域具有广泛的应用前景。本文从变形体力学的角度出发,考虑不同的连通方案下材料的磁电效应,研究结构的边界条件、各相的体积分数、界面的强弱对磁电复合材料力学性能和磁电性能的影响。首先,为分析多铁性复合材料中界面特性对磁电耦合的影响,引入内聚力模型(Cohesive Zone Model, CZM),建立了采用界面内聚力单元的多铁性复合材料有限元模型;基于压电和压磁材料本构关系的模拟特性,采用压电有限单元模拟各单相材料,实现了有限元软件中复合材料的力、电、磁多场耦合分析。其次,对磁电探测器进行力-电-磁耦合的仿真分析,获得相关的力学特性和磁电特性,与文献结果进行对比,验证了ABAQUS磁电模拟仿真的可行性和准确性。最后,讨论分析2-2型层状磁电复合材料和1-3型柱状磁电复合材料的耦合分析模型,给出两种连通方案下的几种边界条件,分析了这几种边界条件下磁电效应的不同,并通过调整界面内聚力模型的刚度、强度等参数,模拟了理想和非理想界面状态下磁电系数的变化。此外,对2-2型层状磁电复合材料,计算了不同磁致伸缩相体积分数对磁电系数的影响,描述了材料在弱界面条件下的破化过程;对1-3型柱状磁电复合材料,计算了不同压电相体积分数和复合材料整体厚度的变化对磁电系数的影响。本文方法和结果对理论和实际中界面处理、磁电耦合性能的预测、磁电多铁性复合材料的设计和应用具有一定的参考意义。
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