铁磁体磁弹性相互作用的广义变分原理与理论模型 *

定量分析发现:目前对三维弹性体所建立的各类理论模型均不能同时模拟铁磁介质磁弹性相互作用的两类基本实验现象 .进而导致模拟复杂形状结构 ,如壳体的磁弹性力学行为陷入困境 .这样 ,对三维铁磁弹性介质建立能统一描述已有两类典型实验现象的理论模型就成为模拟复杂形状结构磁弹性相互作用力学特征的关键 .从三维铁磁体磁弹性耦合系统的总能量泛函变分原理出发 ,建立了能同时模拟已有铁磁板磁弹性相互作用两类典型实验现象的三维可磁化弹性体的理论模型 .结果表明 :对于各向同性线性铁磁体 ,除了得到与由经典磁偶极子物理模型导出的宏观电磁力计算式一致的作用在铁磁介质上的磁体力外 ,还得到了作用在可磁化介质表面的边界面分布磁力 ,其值为两侧磁介质Faraday磁应力在表面处的跳变值 .这是各经典模型 ,如磁偶极子模型和公理化模型等所没有的 .     

轴向运动导电导磁梁的磁弹性振动方程

针对磁场环境中轴向运动导电导磁梁磁弹性耦合振动的理论建模问题进行研究.基于Timoshenko(铁木辛柯)梁理论并考虑几何非线性因素,给出轴向运动弹性梁在横向双向振动下的形变势能、动能计算式以及电磁力和机械力的虚功表达式.应用Hamilton(哈密顿)变分原理,推得磁场中轴向运动Timoshenko梁的非线性磁弹性耦合振动方程,并给出了简化形式的Euler-Bernoulli(欧拉 伯努利)梁磁弹性振动方程.根据电磁理论和相应的电磁本构关系,得到载流导电弹性梁所受电磁力的表达式,基于磁偶极子-电流环路模型给出铁磁弹性梁所受磁体力和磁体力偶的表述形式.通过算例,分析了轴向运动导电弹性梁的奇点分布及其稳定性问题.     

矩形铁磁板的磁弹性弯曲与稳定性

本文对于在外加磁场中的矩形软铁磁弹性板的磁弹性弯曲现象进行了定量模拟;建立了能反映磁弹性相互耦合作用的数值计算程序;揭示了铁磁板弯曲变形与磁(场)力的非线性特征关系,并据此讨论了磁弹性失稳临界磁场随倾斜角变化的规律.     

铁磁性设备补偿磁场的数学模型及其应用

研究用永磁体对铁磁性设备进行磁场补偿的问题,建立了补偿磁场的数学模型.将设备划分成若干个小长方体后,基于磁矩量法建立了数学模型,并对补偿磁场进行拟合.在计算模型中的耦合系数矩阵时,用多个点的平均值作为耦合系数的有效值,提高了计算结果的可靠性和稳定性.并且,针对永磁体距离设备很近时,设备呈现出的非线性磁化特性,通过优化方法求解各个单元的等效磁化率,这种方法不需要知道铁磁材料的磁化曲线和设备结构,便于计算和实际应用.最后,通过实验设计与数值计算,得到了永磁体对设备进行补偿的磁场分布,模型计算结果与实际测量数据误差11%以内,这说明该模型能够满足工业要求,具有实际应用价值.     

铁磁性设备补偿磁场的数学模型及其应用

研究用永磁体对铁磁性设备进行磁场补偿的问题,建立了补偿磁场的数学模型.将设备划分成若干个小长方体后,基于磁矩量法建立了数学模型,并对补偿磁场进行拟合.在计算模型中的耦合系数矩阵时,用多个点的平均值作为耦合系数的有效值,提高了计算结果的可靠性和稳定性.并且,针对永磁体距离设备很近时,设备呈现出的非线性磁化特性,通过优化方法求解各个单元的等效磁化率,这种方法不需要知道铁磁材料的磁化曲线和设备结构,便于计算和实际应用.最后,通过实验设计与数值计算,得到了永磁体对设备进行补偿的磁场分布,模型计算结果与实际测量数据误差在11%以内,这说明该模型能够满足工业要求,具有实际应用价值.     

磁弹性耦合效应引起的铁磁直杆磁场中振动频率的改变

基于磁弹性广义变分原理和Hamilton原理,对处于外加磁场中的软铁磁体,建立了磁弹性动力学理论模型．分别通过关于铁磁杆磁标势和弹性位移的变分运算,获得了包含磁场和弹性变形的所有基本方程,并给出描述磁弹性耦合作用的磁体力和磁面力．采用摄动技术和Galerkin方法,将所建立的磁弹性理论模型用于外加磁场中铁磁直杆的振动分析．结果表明,由于磁弹性耦合效应,外加磁场将对铁磁杆的振动频率产生影响:当铁磁杆的振动位移沿着磁场方向时,其频率减小并出现磁弹性屈曲失稳;当铁磁杆的振动位移垂直于磁场方向时,其频率将会增大．理论模型能够很好地解释已有实验观测的振动频率改变现象．     

矩形失铁磁板的磁弹性弯曲与稳定性

本对于在外加磁场中的矩形软铁磁弹性板的磁弹性弯曲现象进行了定量模拟；建立了能反映磁弹性相互耦合作用的数值计算程序；揭示了铁磁板弯曲变形与磁力的非线性特征关系，并据此讨论了磁弹性失稳临界随倾角变化地规律。     

柔长结构气固耦合的线性与非线性气动力理论

针对柔性结构与风在三方向相互作用的特点,在合理的结构节段力学模型的基础上,建立了新的气动力模型,即三分力系数C_i=C_i(β(t),θ),(#em/em#=D,L,M)不仅是瞬时攻角的函数,而且也是转速的函数,并依据“片条理论”与改进的“准静态理论”,提出了推导结构节段模型与风相互作用的线性与非线性气动力项的方法,从而将土木工程中柔性结构与风的相互作用的线性与非线性理论集中到一个模型中.对于线性气动力部分,给出了与经典气动力公式中相对应的颤振导数的半解析表达式.对于非线性气动力部分,给出了扭转气动耦合的非线性气动力表达式,并给出了Tacoma大桥扭转非线性运动的控制方程,其形式与结果与V.F.B-m的相吻合.     

理想传导弹性体中能量耗散的磁-热-弹性波

广义能量耗散弹性理论(TEWED,G-NⅢ理论)广泛应用于均匀磁场作用下的时谐平面波在无限大的理想导电弹性体中传播的研究.提出了更普遍的有复杂参数的色散方程,通过运用Ieguerre 方法解决复杂条件下耦合磁-热-弹性波的问题,表明耦合磁-热-弹性波问题相当于改进的膨胀波及通过有限热波速度、热弹性耦合、热扩散率及外加磁场修正的、有限速度热波的传播问题.在G-NⅢ模型(TEWED)中,耦合磁-热-弹性波传播时发生衰减和色散,扩散的热量由热传播方程中的阻尼项考虑,而在G-N Ⅱ模型没有发生衰减和耗散.最后给出了类铜材料的数值结果.     

磁场作用功能梯度壳体磁弹耦合动力学模型

针对电磁场环境中金属-陶瓷功能梯度圆柱壳体结构，基于物理中面下的几何关系和Hooke定律，确定了圆柱薄壳体的非线性本构关系.根据Kirchhoff-Love弹性理论，给出了非均质弹性壳体的变形应变能、动能及其变分运算式.基于电磁弹性理论，得出了电磁场作用下磁性功能梯度壳体所受涡流Lorentz力和磁化力模型.应用Hamilton广义变分原理，建立功能梯度薄壳体的磁弹性耦合非线性振动方程组，得出了描述功能梯度结构的具有变形场与电磁场耦合特征的动力学理论模型.通过对磁场中功能梯度壳体固有振动问题的举例分析，得到了壳体振动特征方程和固有频率变化规律，表明磁场和材料体积分数指数的增大能够使频率值减小，而在周向波数影响曲线中出现频率最小值的情形.研究方法可为多场耦合系统理论建模及动力学分析提供参考.     

磁性靶向药物递送中铁磁流体的动力学建模

在所有人体内进行的药物递送技术中,磁性药物靶向递送治疗由于其非入侵性和高靶向性而成为主要的方法．磁性药物靶向递送是将药物装载到磁性纳米颗粒上,利用外部磁场使其移动并聚焦在靶部位的方法．该法能提高靶部位药物的浓度,降低药物对正常组织的毒副作用．尽管已经有不少磁性靶向药物递送的理论分析,但是很少有人研究磁流体在血管里的流体动力学模型．该文提出了一个数学模型来描述作为药物载体的铁磁流体在外磁场作用下,在血管里的流体动力学特性,并在模型中增加了磁场力以及由此产生的不对称应力,增加了磁性纳米颗粒在磁场作用下的角动量方程．由于运动方程的数学复杂性,通过保留数学模型里物理特性最显著项来获得工程近似．用计算流体力学（CFD）进行数值仿真,分析了铁磁流体在一个模拟动脉瘤血管的三维管道里的流动状况,来进一步理解铁磁流体的临床应用．仿真结果和动物实验相一致．分析结果对于磁性靶向药物递送的各种应用提供了可参考的数据．     

铁磁薄膜中静磁波的二阶非线性效应分析

本文通过计算静磁波势方程的源项研究分析了铁磁薄膜中的非线性静磁表面波(MSSW)和后向体波(MSBVW),实现整流和二次谐波转换的可能性,理论结果表明,铁磁膜对MSSW的二次非线性磁化响应不能激发直流磁场,也不能激发传播二次表面谐波,铁磁膜对MSBVW的二次非线性磁化响应不会引起直流磁场,但是在H₀/M₀<(cos²θ)/3和相位匹配条件下可以激发二次后向体谐波。     

线载和弹性支承作用面内运动薄板磁固耦合双重共振

针对磁场环境中具有线载荷和弹性支承作用的面内运动薄板,给出了系统的势能、动能及电磁力表达式,应用Hamilton变分原理,推得面内运动条形板的磁固耦合非线性振动方程.考虑边界为夹支 铰支的约束条件,利用变量分离法和Galerkin积分法,得到了含简谐线载力和电磁阻尼力项的两自由度非线性振动微分方程组.应用多尺度法对主 内联合共振问题进行解析求解,得到了双重联合共振下系统的一阶状态方程和共振响应特征方程.通过算例,得到了面内运动薄板的一阶和二阶共振幅值变化规律曲线图,分析了不同作用量和载荷位置对系统振动特性的影响.结果表明:系统发生主 内双重共振时,解的多值性和跳跃现象明显,弹性支承和线载荷位置对共振现象影响显著;一阶和二阶的共振多值解区域同时出现同时消失,体现了明显的内共振特征.     

热-力耦合原子-连续关联模型的框架及其算法

对热-力耦合的原子-连续关联模型进行了系统研究,给出了计及热-力耦合行为的金属微-纳米构件内材料的瞬态弹性常数,应力、应变、比热容等物理量的具体计算公式及其算法.利用原子运动中的“结构形变”部分来研究微-纳米尺度下多晶原子团簇的非均匀结构变形.将原子团簇晶格结构的变形与连续体的变形关联起来,在准简谐近似假设下,推导出依赖于微观结构变形和热振动的自由能密度、熵密度、内能密度表达式,从而给出了微-纳米尺度下的瞬态热-力学参数.     

Pr6Fe13Ge磁结构的M(o)ssbauer谱和中子衍射

通过磁性测量、M(o)ssbauer谱和中子衍射研究了室温下Pr6Fe13Ge的磁结构.磁性原子集中分布在z=0和z=1/2镜面的两侧,被z=1/4,3/4处的非磁性原子分割成M(磁性)/NM(非磁性)/M(磁性)排列的三明治结构.磁性层M内磁矩为共线铁磁耦合,磁矩方向少量偏离ab面,形成小的c轴方向的分量;层与层之间,ab面内的磁矩分量为反铁磁耦合,而c轴方向的分量为铁磁耦合.     

导电薄板的磁弹性组合共振分析

基于Mexwell方程,给出了导电薄板的非线性磁弹性振动方程、电动力学方程和电磁力表达式.在此基础上,研究了横向磁场中梁式导电薄板的磁弹性组合共振问题,应用Galerkin法导出了相应的非线性振动微分方程组.利用多尺度法进行求解,得到了系统稳态运动下的幅频响应方程,分析了组合共振激发的条件.根据Liapunov近似稳定性理论,对稳态解的稳定性进行了分析,得到了稳定性的判定条件.通过数值计算,给出了一、二阶模态下共振振幅随调谐参数、激励幅值和磁场强度的变化规律曲线图,以及系统振动的时程响应图、相图、Poincare映射图和频谱图,进一步分析了电磁、机械等参量对解的稳定性及分岔特性的影响,并讨论了系统的倍周期和概周期等复杂动力学行为.     

Pr6Fe13Ge磁结构的Mossbauer谱和中子衍射

通过磁性测量、Mossbauer谱和中子衍射研究了室温下Pr₆Fe₁₃Ge的磁结构 .磁性原子集中分布在z=0和z=1 / 2镜面的两侧 ,被z=1 / 4 ,3/ 4处的非磁性原子分割成M(磁性 ) /NM(非磁性 ) /M(磁性 )排列的三明治结构 .磁性层M内磁矩为共线铁磁耦合 ,磁矩方向少量偏离ab面 ,形成小的c轴方向的分量 ;层与层之间 ,ab面内的磁矩分量为反铁磁耦合 ,而c轴方向的分量为铁磁耦合     

带弹性附件充液矩形贮箱俯仰运动动态响应

首先建立了俯仰运动矩形贮箱刚-液-弹耦合系统在外力矩作用下的耦合动力学模型,给出满足边界条件的速度势函数和液面波高的级数表达式,采用伽辽金法离散,将动力学模型转化为常微分方程组,得到刚-液-弹耦合系统的固有频率,给出简单的近似表达式,分析了转动中心距静液面不同位置时刚-液-弹耦合系统各阶固有频率的变化规律,系统转动中心距静液面较近时,耦合后液体反对称模态和刚体的固有频率对比耦合前减小,较远时则增大,最后进行数值验证,比较分析了液体和弹性体对刚体姿态的影响．     

磁流体动力学方程组的稳定磁场-电流有限元格式

本文讨论时间相关磁流体动力学(MHD)系统的保结构稳定有限元离散.利用有限元de Rham复形离散电磁场变量,可以精确而自然地保持磁场Gauss定律和法向连续性等关键的物理结构,以及保持不同物理量之间的内蕴关系.另一方面,MHD中非线性耦合的特性为数值方法的设计带来了与线性Maxwell方程不同的困难和挑战,为此,本文讨论基于磁场-电流的数值格式,给出能量稳定的Picard线性化,在加权范数下证明其适定性.非线性项在能量估计中相消的关键结构对于验证格式的适定性也至关重要.     

反铁磁晶体表面上的非线性电磁波

研究了反铁磁晶体与电介质交界面上非线性TM电磁波的传播特性 .给出了Ex Hy 和Ez Hy 的相图 ,描述了表面波电磁场三分量之间的制约变化关系 .分析了导波的色散特性和磁场峰值位置随传播功率变化的特点 .分析表明 ,反铁磁晶体表面上的TM电磁波存在频率通带和禁带 ,其带宽是功率的函数 ,通过调节导波的功率可以有效地实现通带和禁带之间的转换 .揭示了在一定条件下 ,反铁磁晶体表面支持的非线性TM波是反向表面波 ,其群速度与相速度反向 .