铁电复合材料的力电耦合行为

对铁电复合材料力电耦合行为的研究进行综述．介绍了铁电复合材料的一些基本特点和线性压电有效性能的研究进展．阐述铁电复合材料中由于铁电相的铁电畴变与铁弹畴变以及基体相的弹性、粘弹性和介电弛豫性质所引起的铁电复合材料的非线性力电耦合行为．介绍了基于细观力学方法对铁电复合材料的本构关系进行研究的一些结果．     

强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究

基于复合材料细观思想,通过研究钢筋混凝土代表性体积单元,提出了理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋材料特性的常量G的乘积确定的思想;假设损伤只发生在混凝土材料内部,并给出了一般的损伤演化方程．由此得到了单向加筋、正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤型动态本构关系．数值拟合表明,理论预示曲线与试验结果曲线吻合良好．     

单晶铁电体的宏细观本构关系描述

以高技术电子材料－铁电单晶体为研究对象，在对铁电体中电畸内的细观力学耦合场分析的基础上，采用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法以自洽的方式导出了材料构元的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自由能及Ｇｉｂｂｓ自由能函数的解析表达式。并分析在广义应力空间和广义应变空间中，按Ｈｉｌｌ－Ｒｉｃｅ内变量本构理论框架，导出了铁电体畸变屈服面方程，增量型本构关系及内变量的演化方程。文末给出了对ＢａＴｉＯ３单晶材料力电行为的一维数值模拟     

含微裂纹和椭球颗粒介质的强度及本构关系

针对含随机分布微裂纹及椭球颗粒的复合材料，通过考虑椭球颗粒内的本征应变及其与微裂纹的相互作用，利用等效夹杂方法研究了微裂纹损伤对材料有效模量和强度的影响，推导了复合材料的细观应力场及本构关系，并导出了材料破坏的临界条件．     

基于深度学习和细观力学的颗粒材料本构关系研究

颗粒材料的本构关系对岩土工程等众多领域至关重要. 不同于传统的唯象本构理论, 本文基于机器学习模型探索了一种细观力学理论指导下的数据驱动型颗粒材料本构关系预测方法. 根据Vogit均质化假设, 建立了小应变条件下颗粒材料应力?应变解析关系, 此关系唯一地确定了一组与颗粒材料本构行为相关的细观组构变量. 这些变量与反应颗粒材料宏观性质的主应力和主应变信息通过一系列离散元三轴压缩数值试验获得. 考虑到细观组构变量为内变量, 不能直接作为本构模型的输入. 本文基于有向图方法将颗粒材料微观结构信息隐式地包含在应力?应变的预测当中, 并采用门控循环单元(GRU)循环神经网络作为基础深度学习模型描述有向图中结点之间的映射关系. 通过将有向图从目标节点沿源节点展开, 整个应力?应变预测模型可由两个神经网络分别训练并组装而成. 将训练后的深度学习模型在全新的数据集上进行测试, 结果表明该训练策略能有效捕捉到颗粒材料在常规三轴任意加卸载, 等中主应力系数b的真三轴加载, 和等平均有效应力p的真三轴加卸载等复杂多轴加载工况下的应力?应变响应关系, 模型具有良好的内插和外推预测能力. 考虑到深度学习模型捕捉颗粒材料力学响应的能力及其开放式学习的特点, 充分结合数据驱动方法和理论本构模型可能是颗粒材料本构研究的一个重要方向.      

铁电陶瓷的单电畴力学模型

物理实验证实铁电陶瓷的畴变是一个复杂的物理渐变过程,因此论文中引入了电畴翻转体积分数来表征这一过程,以电畴翻转体积分数为内变量,建立了考虑电畴翻转体积分数的铁电材料本构关系.接着提出了单电畴力学模型,把极化后的铁电试样看作横观各向同性单电畴的均匀材料.利用考虑电畴翻转体积分数的铁电材料本构关系,根据部分实验数据,拟合出电畴翻转驱动力与电畴翻转体积分数之间的强化关系曲线.然后根据标定出的强化关系曲线计算铁电试样在力电载荷下的响应.理论预测与实验结果符合良好.     

多轴加载下混凝土细观破坏模拟的强度准则探讨

实际工程结构中混凝土材料大多处于双轴或三轴的复杂应力状态,已有的细观力学数值研究工作大多针对单轴加载问题,对于双轴或者三轴加载条件下混凝土破坏模拟的研究相对较少。复杂受力条件下的混凝土材料破坏模拟中,细观组分强度准则选取的合理与否将成为混凝土破坏模式及宏观力学性能数值研究准确和成功与否的关键。本文旨在探讨单轴强度准则,如最大拉应变准则在多轴加载条件下混凝土破坏过程研究中运用的合理性。鉴于此,首先在细观尺度上建立了混凝土试件的二维随机骨料模型,分别采用弹性损伤本构关系模型及塑性损伤本构关系模型来描述细观组分(即砂浆基质)的力学性能,对双轴加载条件下混凝土的细观破坏过程进行数值模拟,对比了单轴强度准则和多轴强度准则下混凝土试件破坏路径及宏观应力-应变关系的差异。数值结果表明,简单的单轴强度准则难以反映双轴加载下混凝土内部应力状态的复杂性,不宜采用单轴强度准则来描述多轴加载下混凝土的破坏行为。     

多晶铁电材料的有效电弹性能预报

本文利用细观力学方法———Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂法和Ｍｏｒｉ Ｔａｎａｋａ的平均场理论,根据铁电材料的微结构特点,建立了一个细观统计模型对多晶铁电材料的有效电弹性能和模量进行分析预报．在本细观统计模型中,不仅考虑到单晶粒的形状影响,而且考虑铁电畴在外场作用下发生极化转动的影响．本文针对ＢａＴｉＯ３铁电陶瓷的有效电弹性能与系数的预报结果与实验观测结果相符     

铁电陶瓷微观电畴的成核率模型

大量的实验已经证实电畴翻转是铁电材料非线性和迟滞性本构曲线的根本原因。研究者已经对铁电陶瓷的微观电畴翻转行为进行了大量详细的研究。针对描述电畴成核的物理实验结果和经典的成核率实验数据,为了建立电畴翻转体积分数的演化方程提出了反应微观电畴翻转的成核率模型。针对铁电试样电畴随机分布的情况,应用该模型对铁电陶瓷的非线性本构行为进行了研究。理论结果与实验数据的比较表明,模型能较好的描述铁电材料的非线性本构行为。同时模型所揭示的微观反转的物理本质可进一步的指导宏观唯象模型的改进。     

金属橡胶材料基于微弹簧组合变形的细观本构模型

研究了金属橡胶材料细观本构模型。依据金属橡胶材料变形的主要特征,分析了微弹簧沿轴向和径向变形的规律,分别推导了应力应变关系的解析表达式,由两种微弹簧的组和变形构造了代表性体积单元-微元体。为了反映因铺层引起的工艺各向异性,本构方程中引入了一个新的材料参数铺层比例系数iβ,该参数可以较好地表征细观结构中微弹簧取向的分布状况。在大量试验的基础上,提出了确定铺层系数的实验方法,进而建立了包含金属橡胶材料细观结构信息的本构方程。理论与实验结果比较表明,本文建立的本构模型能较好的反映材料的力学行为。     

功能铁磁材料的变形与断裂的研究进展

综述了近几十年, 特别是近十几年来铁磁材料的力磁耦合变形与断裂行为的研究概况. 传统铁磁弹性问题的研究已经有较长时间的积累, 文献中已有大量的研究结果发表. 近些年 来, 随着智能材料及结构应用与研究的兴起, 功能铁磁材料如稀土超磁致伸缩材料、铁磁相 变材料以及铁磁复合材料等的力学行为越来越受到重视, 人们在功能铁磁材料的变形与断裂 以及铁磁复合材料的有效性质等方面开展了大量的研究工作. 本文在简单介绍了经典铁磁弹 性和传统铁磁结构的力磁性能的研究背景基础上, 结合作者近年来在铁磁材料变形与断裂方 面所开展的工作, 着重评述了功能软铁磁材料在变形与断裂的实验研究,如实验设备和技术, 以及铁磁复合材料细观力学、软铁磁材料、铁磁功能材料的变形与断裂理论等方面的研究进 展, 并指出了需要进一步研究的方向.     

铁电陶瓷宏观单轴力电行为的双面模型

铁电陶瓷以其优越的力电耦合性作为新型的智能材料使用. 提出基于弹塑性双面理论的宏观铁电本构模型. 根据铁电陶瓷内部电畴在外电场和机械场作用下的微观运动，在宏观上除引入材料的畴变面外，还首次引入饱和面，并考虑以畴变面与饱和面之间的广义距离来表征铁电陶瓷的非线性行为. 数值计算结果与实验数据的比较表明所提出的初步理论可适当地反映力电加载下铁电陶瓷的宏观非线性行为.     

机敏材料和机敏结构的力学分析

机敏材料是一种具有传感和执行的双重功能的功能材料，它无需外界的帮助，而本身就可以在电、磁、热、机械运动、光、声、化学、流变等等性能中的几项之间产生耦合行为，当机敏材料和具体结构形式结合在一起时便构成了机敏结构。本文重点介绍了比压电体更为一般化的线性电磁热弹性固体的一些基本理论，综述了压电体的材料力学分析以及压电体在机敏结构控制中的力学行为分析。最后则简略讨论了其它机敏材料中的力学分析。     

磁敏智能软材料及磁流变机理

磁敏智能软材料是一类将微米或纳米尺度的磁性颗粒分散在不同基体中制备而成的多功能复合材料.由于其流变性能在外磁场的调控下可以实现连续、快速、可逆的改变,因此在建筑、振动控制和汽车工业等领域得到了广泛地应用.本文首先介绍了磁敏智能软材料发展历史及分类,分析了不同种类的磁敏智能软材料的特点和存在的科学问题;然后从实验和理论两个方面讨论了磁流变机理的研究现状;最后从实际应用的角度对这类材料未来的发展方向进行了展望.      

铁电材料的疲劳失效行为

在航空航天、核能发电等重大装备技术领域, 作为高温传感/驱动/能量收集器件的敏感材料——铋层状结构铁电(BLSF)陶瓷在复杂载荷环境下的疲劳失效问题严重限制着器件寿命和可靠性的提高. 本文以BLSF陶瓷的应用需求为背景, 围绕铁电材料的疲劳裂纹扩展与电畴极化翻转及其相互作用机制等关键问题, 综述了铁电材料在热、力、电三种载荷及其耦合作用下疲劳失效行为的研究现状, 并根据当前铁电材料的一些新发展、新应用对其未来研究方向进行了展望, 旨在为高性能、长寿命铁电/压电器件设计提供参考.      

热压电变分原理

热释电介的许多传感器及机敏结构或中的关键材料，本文系统地讨论了在基础理论和数值计算中极具重要地位的各类变分原理，包括准静态变分原理、动态变分原理和关于固有频率的变分原理。最后建立了关于静态压电要板的变分原理，并由此导出了各向异性压电板的控制方程及边界条件。     

电流变液的性能及其应用研究

简要介绍电流变液的研究进展，详细介绍了有关电流变液及其性能的研究，具体介绍了电流变技术在旋转机械转子系统、汽车发动机支座和悬架系统振动控制中的应用，概要介绍和分析了电流变液在其它方面的应用以及对电流变技术发展的展望．     

On the simulation of cohesive fatigue effects in grain boundaries of a piezoelectric mesostructure

Ferroelectric materials offer a variety of new applications in the field of smart structures and intelligent systems. Accordingly, the modelling of these materials constitutes an active field of research. A critical limitation of the performance of such materials is given when electrical, mechanical, or mixed loading fatigue occurs, combined with, for instance, microcracking phenomena. In this contribution, fatigue effects in ferroelectric materials are numerically investigated by utilisation of a cohesive-type approach. In view of finite element-based simulations, the geometry of a natural grain structure, as observed on the so-called meso-level, is represented by an appropriate mesh. While the response of the grains themselves is approximated by coupled continuum elements, grain boundaries are numerically incorporated via so-called cohesive-type or interface elements. These offer a great potential for numerical simulations: as an advantage, they do not result in bad-conditioned systems of equations as compared with the application of standard continuum elements inhering a very high ratio of length and height. The grain boundary behaviour is modelled by cohesive-type constitutive laws, designed to capture fatigue phenomena. Being a first attempt, switching effects are planned to be added to the grain model in the future. Two differently motivated fatigue evolution techniques are applied, the first being appropriate for low-cycle-fatigue, and a second one adequate to simulate high-cycle-fatigue. Subsequent to a demonstration of the theoretical and numerical framework, studies of benchmark boundary value problems with fatigue-motivated boundary conditions are presented.     

压电智能结构拓扑优化研究进展

压电材料因其变形精度高、反应速度快、易于制作成小型化元件已经被广泛应用于精密驱动、振动控制、精确定位等领域。改变压电智能结构中压电元器件的位置、大小、形状等参数能够有效地改善系统的力学性能，因而吸引了许多学者和工程师的关注和研究。拓扑优化作为有效的优化工具，已经成功应用于压电智能结构的优化设计中。本文首先阐述了压电智能结构拓扑优化的背景和意义，简要回顾了压电智能结构主动控制及分析方法，并综述了面向结构静变形控制的压电智能结构优化、面向振动控制的压电智能结构优化、压电俘能器的设计与优化等三个方面的研究进展。最后，简单归纳压电智能结构拓扑优化研究中值得关注的几个问题。     

压电智能结构拓扑优化研究进展

压电材料因其变形精度高、反应速度快、易于制作成小型化元件已经被广泛应用于精密驱动、振动控制、精确定位等领域。改变压电智能结构中压电元器件的位置、大小、形状等参数能够有效地改善系统的力学性能,因而吸引了许多学者和工程师的关注和研究。拓扑优化作为有效的优化工具,已经成功应用于压电智能结构的优化设计中。本文首先阐述了压电智能结构拓扑优化的背景和意义,简要回顾了压电智能结构主动控制及分析方法,并综述了面向结构静变形控制的压电智能结构优化、面向振动控制的压电智能结构优化、压电俘能器的设计与优化等三个方面的研究进展。最后,简单归纳压电智能结构拓扑优化研究中值得关注的几个问题。