三维几何非线性变形下硬磁杆的类Kirchhoff理论
软凝聚态物质
2021-12-24 v1 材料科学
统计力学
摘要
磁流变弹性体(MREs)是可通过施加外磁场驱动的功能材料。MREs由分散于非磁性弹性基体中的硬磁颗粒复合而成。通过施加强磁场，可对结构磁化以编程其在后续外场施加下的变形。矫顽力大的硬MREs尤其受到关注，因为编程后的磁化在驱动时保持不变。因此，一旦由硬MRE制成的结构被磁化，可视为永久磁化。受新应用领域的推动，硬MREs连续介质描述的理论已取得显著发展。通过维数约化将3D描述降为1D或2D，近期提出了若干硬磁细结构理论，如线性梁、弹性曲线和壳。本文中，我们推导了几何非线性3D变形下MRE杆的有效理论。我们的理论基于将硬MREs的3D磁弹性能量泛函约化为1D类Kirchhoff描述。将理论限制于2D时，我们重现了先前关于平面变形的工作。为在3D变形一般情形下的进一步验证，我们在恒定或恒定梯度磁场下对自然直杆与曲杆进行了精密实验。我们的理论预测与离散模拟和精密模型实验均极为吻合。最后，我们讨论了框架的一些局限，如实验所突显的，理论中忽略的长程偶极相互作用可能发挥作用。
引用
@article{arxiv.2106.15189,
title = {A Kirchhoff-like theory for hard magnetic rods under geometrically nonlinear deformation in three dimensions},
author = {Tomohiko G. Sano and Matteo Pezzulla and Pedro M. Reis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.15189},
year = {2021}
}
备注
33 pages, 10 figures