非線性磁電耦合分析的有限元法及其應(yīng)用.pdf

1、磁電復(fù)合材料中的磁電效應(yīng)或逆磁電效應(yīng)，是通過壓電相和壓磁相的界面應(yīng)變介導(dǎo)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(fù)合材料可以獲得比單相多鐵性材料高幾個(gè)數(shù)量級的耦合系數(shù)，這使得磁電效應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中成為可能。作為一種新型的智能材料，磁電復(fù)合材料在機(jī)電系統(tǒng)、磁電傳感器、信息存儲、微波器件等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。由于組成磁電材料的鐵電相和鐵磁相的本構(gòu)通常具有強(qiáng)非線性，其材料參數(shù)往往是應(yīng)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(fù)合材料在磁場或電場激勵下的響應(yīng)通常也是非線性響應(yīng)。因此建立磁電復(fù)合材料力-磁-電的全耦合非線性分析在結(jié)構(gòu)器件的設(shè)計(jì)中具有實(shí)際的需要。本文推導(dǎo)了一種顯式增量有限元算法來考察磁電復(fù)合材的多場耦合。主要進(jìn)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(chǔ)上，通過顯式的方法考慮壓磁系數(shù)和磁導(dǎo)率隨預(yù)應(yīng)力和外磁場的非線性變化，推導(dǎo)了增量形式的有限元算法，并運(yùn)用有限元軟件ABAQUS中的子程序USDFLD實(shí)現(xiàn)了該

3、算法，在超磁致伸縮材料的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)中驗(yàn)證了該算法的有效性、收斂性和穩(wěn)定性。
　　(2)運(yùn)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(yù)應(yīng)力時(shí)在交變磁場激勵下的動態(tài)響應(yīng)，得到了不同預(yù)應(yīng)力水平下的頻率響應(yīng)特性和力、位移輸出曲線。考察了材料阻尼比、交變磁場與偏磁場幅值比等因素對響應(yīng)的影響。數(shù)值結(jié)果表明采用顯式增量算法和一般的線性本構(gòu)計(jì)算在幅值比較大時(shí)將產(chǎn)生較大的差別。
　　(3)將處理非線性磁致伸縮的方法運(yùn)用到磁電層合