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相似文献
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1.
磁性斯格明子是在一些铁磁材料中存在的一种重要拓扑磁结构,由于其具有独特的磁-电-力-热多场耦合特性,在未来新型自旋电子器件中有着广泛的应用前景。然而,磁性斯格明子一般需要在外加磁场下才能稳定存在,极大地限制了其在自旋电子器件中的实际应用。本文基于实空间下磁电材料的相场模拟,发现铁电和铁磁复合薄膜中铁电斯格明子可以通过界面变形来稳定铁磁斯格明子。由于力电耦合效应,铁电层中铁电斯格明子的非均匀分布极化在界面产生周期性的非均匀界面变形。界面变形通过力磁耦合效应,使铁磁层中的磁性斯格明子在没有外加磁场的条件下能够稳定存在。本文的研究结果表明,基于磁电复合材料中的力-电-磁耦合效应,通过优化设计复合材料中不同组元的结构,可以实现拓扑磁结构的力学调控,从而为设计基于拓扑磁结构的新型自旋电子器件提供了新思路。  相似文献   

2.
基于复杂磁场中铁磁介质磁弹性广义变分原理,给出了包含磁场、铁磁薄板几何非线性的一组基本方程,并对斜磁场中铁磁薄板的磁弹性弯曲问题进行了分析.根据铁磁板内磁场分布特点定性分析了铁磁薄板所受磁力的特征,建立了考虑铁磁板磁场端部效应以及耦合非线性、几何非线性的磁弹性有限元模型,数值模拟了铁磁薄板的磁弹性耦合弯曲特性并给出铁磁悬臂、简支薄板随磁场倾角变化的磁弹性弯曲变形特征等,数值结果与定性分析结果吻合良好.  相似文献   

3.
磁电复合材料的力学实验与理论研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点。本文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进展进行总结和回顾。着重介绍磁电复合材料的磁电耦合效应实验以及多场耦合微纳米力学实验仪器的研制和表征方法。同时,也阐述了磁电复合材料在多场耦合本构理论、失效断裂理论以及多尺度计算方面的研究进展。最后,总结已有研究存在的不足,就目前有待解决科学问题的进一步研究提出建议。  相似文献   

4.
软铁磁薄板磁弹性耦合作用的变分原理   总被引:1,自引:2,他引:1  
研究磁弹性耦合问题的关键是正确计算作用在铁磁弹性体上的磁力,该文以磁场系统的磁能与磁介质弹性板应变能之和作为软铁磁薄板位于外加磁场合作用系统的能量泛函,以磁标势函数和位移函数的变分为独立变量,给出软铁磁薄板在任意外磁场中磁弹性耦俣作用变分原理,由此不仅导出磁和结构变形的联立控制方程,而且获得作用在薄板上的磁力表达式,进而可以对两类不同性质的铁磁板耦合作用的实验现象进行理论模拟  相似文献   

5.
时朋朋 《力学学报》2021,53(12):3341-3353
金属磁记忆微磁检测方法, 利用铁磁材料局部磁性状态的变化, 进行应力集中或塑性区域位置及程度的检测与评价. 面向微磁信号的定量理论分析可对其工程领域应用提供重要指导. 本文介绍铁磁材料微弱环境磁场下的磁弹塑性本构进展, 及其在微磁信号分析方面的应用. 力磁本构关系方面, 针对微磁检测弱磁化条件, 基于有效场理论构建了受弹塑性载荷铁磁材料的理想磁化本构的显式解析式, 并结合接近原理分析了恒定外加微弱磁场下应力-应变对材料磁化强度的影响. 检测信号分析方面, 基于弹性力学理论、静磁学理论和新建立的磁弹塑性本构关系, 建立并求解了微弱磁场下铁磁试件中弹性应力或塑性区诱导的表面磁信号的二维分析模型. 结合实验结果证实其在刻画弹塑性因素对微磁信号影响规律方面的能力, 并详细分析了微磁信号的特征量与局部弹性应力或塑性区的尺寸间的相关关系. 相比已有力磁本构关系, 本文建立的显式解析形式的理想磁化更加简洁, 有助于提升对力磁耦合效应的定量化理解和应用.   相似文献   

6.
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.  相似文献   

7.
将对电磁功能材料多物理场耦合性能检测技术和设备做一综述介绍,介绍如何在多物理场耦合条件下测试电磁滞回线、蝶形曲线、电磁致伸缩、应力应变曲线和磁电效应等物理力学性能,并介绍电磁功能材料在多物理耦合场作用下的新的实验现象,包括铁电材料在多轴电场和双轴力载荷作用下的电滞回线、裂纹尖端的畴变规律、磁致伪弹性、磁致伸缩的"回落"等现象.这对于理解电磁功能材料和结构在耦合场下的变形与断裂机制有重要的意义.  相似文献   

8.
生帝  胡宇达 《力学季刊》2019,40(4):753-761
研究在外激励力与磁场作用下轴向运动铁磁梁的磁弹性非线性主共振问题.基于弹性理论和电磁理论,给出梁的动能和弹性势能表达式,根据哈密顿原理,推导出磁场中轴向运动铁磁梁的磁弹性双向耦合非线性振动方程.通过伽辽金积分法进行离散,得出两端简支边界条件下铁磁梁磁弹性非线性强迫振动方程.应用多尺度法对方程进行求解,得出幅频响应方程.最后通过算例,给出铁磁梁的幅频特性曲线、振幅-磁感应强度和振幅-外激励力曲线并进行分析.结果显示,在幅频响应曲线中铁磁梁的轴向运动速度、外激励力、轴向拉力越大,共振振幅越大;而磁感应强度越大,振幅越小.  相似文献   

9.
基于随时间变化的Ginzburg-Landau(TDGL)方程,建立了模拟铁磁材料磁-力耦合效应的相场模型。从弱解形式出发,推导出了相关控制方程的有限元格式,然后编制程序进行数值求解。由于有限元对复杂边界有良好的适用性,该模型可用于不同形状铁磁材料的畴结构模拟。通过相场模拟,发现铁磁纳米结构中的磁化会形成涡旋结构,与实验观察到的磁化涡旋结构符合较好。由非均匀磁化引起的结构的变形、应力等力学参量都可以通过模拟一并得到。本文结果表明,改变结构形状可以有效控制磁畴结构的形态,适当的外应力可以改变磁畴结构及其对外磁性的大小。  相似文献   

10.
基于磁场摄动技术和广义变分原理得到的磁力公式,对铁磁梁式板在斜磁场作用下的磁场和磁力摄动展开研究.给出了考虑磁场端部效应情形时铁磁梁式板的摄动磁场及其磁力摄动表达式,使得解析分析斜磁场作用下铁磁梁式板磁弹性耦合问题成为可能.研究表明:只有考虑了磁场端部效应的斜磁场磁力摄动公式才能模拟铁磁结构的弯曲模式且能够定性揭示铁磁简支梁式板弯曲构形为双半波形.  相似文献   

11.
本文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布。针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,结果表明梯度界面降低了残余应力。通过碳纤维电阻法测出T300/环氧树脂单丝体系固化后的纤维轴向应变,与梯度界面的分析结果基本一致。用叠加方法得到密排六方结构代表性体积元(RVE)中纤维间相互偶合的应力场,同时应用有限元法分析RVE中纤维间的残余应力分布,两者结果相互验证。  相似文献   

12.
Z-pin复合材料细观模型固化残余应力研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
田芳  张俊乾 《力学季刊》2019,40(3):437-446
针对植入Z-pin后碳纤维增强复合材料的微观结构,通过施加Z-pin周期性边界约束条件,建立了Z-pin复合材料单层板单胞细观模型.考虑固化过程中树脂体积收缩、弹性模量随固化度变化和纤维因Z-pin进入偏转因素,运用有限单元法计算了单胞结构在固化成型工艺过程中树脂和纤维应力发展和分布,并研究了Z-pin直径和分布密度对单层板面内残余应力的影响.结果表明:凝胶点之前,树脂模量和残余应力很小,凝胶点之后,树脂模量和残余应力增加较快;残余应力分布与纤维偏转有关;Z-pin直径和分布密度增加会使固化残余应力增大.  相似文献   

13.
对界面粘结性能及热残余应力影响下的单纤维复合材料的界面行为进行了分析。采用界面的弹性-软化内聚力模型,用解析法对单纤维复合材料由固化引起的热残余应力、以及单纤维碎断过程纤维的轴向应力分布进行了模拟,得到了碳纤维/环氧树脂在常温和高温固化两种情况的界面粘结性能。结果表明:与常温固化相比,高温固化后,界面的剪切强度增幅不大,界面的断裂韧性显著增加;高温固化后形成的界面,使界面的软化提前、界面的脱粘延迟;高温固化产生的纤维轴向和界面径向热残余应力对界面的软化均有延迟作用;界面径向热残余应力还对界面的脱粘有延迟作用。  相似文献   

14.
A quantitative study was conducted on the improvement of load-bearing capacity and fatigue life of a thin aluminum sheet containing a small hole by means of thermal shock generated by a pulsed laser. A finite-element computer code based on the thermoelastic-plasticity theory was used to assess the distributions of temperature and residual stresses in the affected region. Analytical results were verified by the measured values from various techniques including the X-ray diffraction method for the residual-stress measurements. The improvement of fatigue life of the sheet metals resulting from this thermal shock process has been demonstrated by tests and correlates well with a postulated empirical model with the calculated induced residual stress.  相似文献   

15.
采用数字图像相关法实验研究了热喷涂制作的热障涂层的弹性模量和残余应力。首先,采用三点弯测试方法对热障涂层试件进行加载,并利用二维数字图像相关方法对热障涂层试件加装过程中的弯曲变形进行了精确的测量,进而获得了热障涂层在受拉和受压两种状态下的弹性模量,结果表明,受拉时热障涂层试件陶瓷层的弹性模量为31GPa,而受压时其弹性模量为34GPa。其次,基于内力平衡,推导了考虑曲率变化的涂层残余应力计算公式;利用三维数字图像相关法测量了喷涂前后基体曲率的变化,进而获得了涂层残余应力的大小,结果表明,热喷涂后的热障涂层残余应力为压应力,大小为-86^-70MPa。  相似文献   

16.
The solution for a circular inhomogeneity embedded in an infinite elastic matrix with a multilayered interphase plays a fundamental role in many practical and theoretical problems. Therefore, improved analysis methods for this problem are of great interest. In this paper, a new procedure is presented to obtain the exact stress fields within the inhomogeneity and the matrix under thermomechanical loadings, without the need of solving the full multiphase composite problem. With this short-cut method, the problem is reduced to a single linear algebraic equation and two coupled linear algebraic equations which determine the only three real coefficients of the stress field within the inhomogeneity. In particular, the average stresses within the inhomogeneity can be calculated directly from the three real coefficients. Further, the other three unknown real coefficients associated with the stress field in the matrix can be determined subsequently. Hence, the influence of the stepwise graded interphase on the stress fields is manifested by its effect on the six real coefficients. All these results hold for stepwise graded interphase composed of any number of interphase layers. Several examples serve to illustrate the method and its advantages over other existing approaches. The explicit solutions are used to study the design of harmonic elastic inclusions, and the effect of a compliant interphase layer on thermal-mismatch induced residual stresses. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.  相似文献   

17.
In this paper transient thermal stresses in a thick hollow cylinder with finite length made of two-dimensional functionally graded material (2D-FGM) based on classical theory of thermoelasticity are considered. The volume fraction distribution of materials, geometry and thermal load are assumed to be axisymmetric but not uniform along the axial direction. The finite element method with graded material properties within each element is used to model the structure. Temperature, displacements and stress distributions through the cylinder at different times are investigated. Also the effects of variation of material distribution in two radial and axial directions on the thermal stress distribution and time responses are studied. The achieved results show that using 2D-FGM leads to a more flexible design so that time responses of structure, maximum amplitude of stresses and uniformity of stress distributions can be modified to a required manner by selecting suitable material distribution profiles in two directions.  相似文献   

18.
吴永礼 《力学学报》2000,32(6):727-738
对非理想界面的三相复合材料,提出了计算弹性应力场的微观力学模型,在适当的简化假设下,对带界相的颗粒增强和纤维增强复合材料,得到了应力场的计算公式。以剪切载荷为例给出了数值例子。给出的数值结果表明非理想界面对三相复合材料应力场的影响。  相似文献   

19.
The absence of expansion joints in Continuous Welded Rail has created the need for the railroad industry to determine the in-situ thermal stress levels for rail buckling and breakage prevention. This paper explores the hole-drilling method as a possible solution to this problem. A new set of calibration coefficients to compute the stress field relieved by fine hole depth increments required by the high strength steel was determined. The new calibration coefficients were experimentally validated on an aluminum plate subjected to a known uniaxial load. The thermal stress levels of constrained rails were estimated after compensation for the residual stress components, based on statistical relationships developed experimentally between the longitudinal and the vertical residual stresses. The results showed that the hole-drilling procedure, with appropriate calibration coefficients and residual stress compensation, can estimate the in-situ rail thermal stresses with an expected accuracy that is within the industry acceptable levels.  相似文献   

20.
In this study a new residual stress determination method in two directions simultaneously is presented. This method is based on stresses relaxation in a groove that is machined incrementally. The residual stresses relaxation occurs simultaneously from both the depth and the length of the groove. Thus, measuring the surface strain field generated by the relaxation enables to determine the stress gradient both along the depth and the length of the groove. To measure the surface strain in a direction perpendicular to the groove, a digital speckle pattern interferometer is used. This method is suitable when the residual stress field in the structure varies in the depth as well as along the surface of the part, like for example in a welded structure. The method is tested here on an aluminium plate in which a central band has been shot peened.  相似文献   

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