电磁热弹性简支矩形层合板在耦合载荷作用下的精确解与有限元分析

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随着科技的进步,在一定意义上具有感知功能、信息处理功能和执行功能的智能材料也逐渐发展起来,而磁电复合材料又是其中很重要的一种智能材料,由于这种材料可以将能量在磁场电场和力场中进行转换,所以对这种材料的研究越来越重要。现阶段对于磁电材料的研究中,还没有计算在磁电热力四个物理场耦合情况下的磁电弹复合材料矩形层合板的精确解的解答,本文中的方法可以解决磁电弹热四个物理场任意组合耦合情况下的精确解问题。在我们推导三维正交各向异性的简支磁电弹热耦合复合材料矩形层合板在多物理场耦合情况下的解答时,我们首先运用pseudo-Stroh方程得到单层层合板的整体解,然后运用转换矩阵的方法推导每一层的解答。因此,最后的解答是磁电材料层合板在热载荷下的解答和在磁电静力载荷作用下的解答的叠加。该解答方法囊括了之前多种情况下的解答结果,包括纯弹性板,压电板和磁致伸缩材料,在静力,电载荷和磁载荷以及热载荷作用下的各种情况。在数值算例中,我们研究了磁电弹热力耦合的层合板在表面静力载荷和热载荷的作用下的情况。然后我们又采用了Comsol有限元软件中的PDE模块来研究计算磁电复合材料层合板,通过推导PDE偏微分方程,将磁电材料的本构方程代入到麦克斯韦方程组和运动方程中,再写成矩阵形式写入到PDE模块中,分别计算分析了两种铺层形式的磁电层合板模型。该有限元方法和精确解的解析方法可以互为佐证,对于磁电复合材料的研究和设计具有很大意义。
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