论小变形极限下各向异性磁活性弹性体的有效磁致伸缩性质
材料科学
2025-04-17 v1
摘要
磁活性弹性体是由包含嵌入磁性颗粒的弹性体基体构成的复合材料，赋予该复合材料耦合的有效磁力学响应。广泛报道表明，各向异性 MAE 表现出比各向同性 MAE 强得多的磁力学耦合。然而，大多数通过均匀化建模 MAE 有效磁力学性质的工作都集中在各向同性微观结构或颗粒间距较大可使用解析解的结构上。在本工作中，我们引入了一种周期均匀化方法来计算各向异性 MAE 的有效磁力学性质，并分析了增强磁力学耦合的微观结构特征。利用有限元方法，我们数值确定了颗粒形状、间隙和空隙对链状周期微观结构的有效刚度、磁导率和磁力学耦合张量的影响。利用从全流场模拟中获得的见解，我们推导出了链方向上磁力学耦合的解析表达式，以体积分数、间隙大小以及基体和颗粒的性质表示。结果表明，各向异性 MAE 的整体磁致伸缩对颗粒间的间隙和颗粒链的波动性最为敏感，较小的间隙大小和更直的链产生更高的整体磁致伸缩。模拟还表明，虽然各向同性 MAE 在均匀磁场中伸长，但各向异性 MAE 以大得多的应变幅度收缩，这是各向异性 MAE 中颗粒间的吸引力比各向同性 MAE 中强得多的结果。结果为控制各向异性 MAE 中磁力学耦合的机制提供了基本见解，并构成了均匀化 MAE 材料性质的工具箱。
引用
@article{arxiv.2504.12271,
title = {On the effective magnetostrictive properties of anisotropic magneto-active elastomers in the small-deformation limit},
author = {Connor D. Pierce and Kathryn H. Matlack},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.12271},
year = {2025}
}