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微结构对电磁弹性复合材料有效性能的影响

【摘要】:电磁弹性复合材料在现代科学技术领域有着广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一种重要的智能材料和结构。有效电磁弹性系数是电磁弹性复合材料的重要参数并受到复合材料微结构的强烈影响,因此预测电磁弹性复合材料有效电磁弹性性能具有重要意义。本文研究具有周期微结构的电磁弹性单向纤维复合材料的有效电弹性性能。以复合材料代表性体积单元为研究对象,通过在代表性体积单元边界上施加满足周期性的位移、电势和磁势边界条件,利用有限元软件Comsol Multiphysics的PDE求解模块,得到了代表性体积单元内的电磁弹性场。由平均的电磁弹性场和有效电磁弹性系数的定义,求解了几类周期电磁弹性复合材料的有效电磁弹性系数。分别预测了方形排列单元模型电磁弹性复合材料的有效电磁弹性系数。通过算例,比较了相同电磁材料体积分数下圆环形截面电磁纤维复合材料与圆截面电磁纤维复合材料有效电磁弹性性能的差异,讨论了压电与压磁纤维互相改变时和涂层的刚性改变时的力学性质对有效电磁弹性系数的影响,对比了3种压电压磁材料不同排列时的有效电磁弹性系数,研究了破坏对电磁弹性复合材料的有效电磁弹性系数的影响。本文结论可为高灵敏度电磁弹性复合材料的设计提供有价值的参考。

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