磁凝胶与磁弹性体中作为内部结构与粒子分布函数的磁致伸缩

磁凝胶与磁弹性体是构建可由外部磁场触发的可逆激励软致动器的有前景的候选材料。这些磁场诱导或改变嵌入于软弹性聚合物基体中的离散刚性粒子间的磁相互作用，从而导致整体形变。理论上一个主要挑战是，由离散粒子构型正确预测有限尺寸系统所产生的形变类型。考虑一个弹性球，我们在此提出这样一种方法。该方法原则上精确，至少在线弹性理论框架内且粒子间距足够大时如此。我们考虑了不同的粒子排布。我们发现，例如，规则简单立方构型在沿立方晶胞的面对角线或体对角线取向时，呈现球沿磁化方向的伸长。反之，若磁化沿立方晶胞的棱边，则它们收缩。在此几何下，体心与面心构型情况相反。值得注意的是，对于后者构型但磁化沿晶胞的面对角线或体对角线时，观察到收缩随弹性材料泊松比减小而逆转为膨胀。我们也考虑了随机化构型。它们呈现使球沿磁化方向伸长的趋势，且在可压缩系统中更为显著。我们的结果可通过球形样品的实际实验进行检验。此外，我们的方法应有助于寻找用于最大化致动效果的最优粒子分布。