不同类型磁弹性耦合铁凝胶中的超弹性应力-应变行为

嵌入弹性聚合物基体中的胶体磁性颗粒构成一种称为铁凝胶的智能材料。它通过对施加的外磁场改变弹性性质来响应，可用于阻尼器、振动吸收器或致动器等各种应用。在适当条件下，铁凝胶的应力-应变行为可展示一个迷人特征：超弹性，即在几乎不改变施加载荷的情况下可逆地发生巨大形变的能力。在先前工作中，我们使用数值模拟研究了这种行为，假设嵌入颗粒携带的磁矩可自由重新取向以最小化其磁相互作用能。此处，我们将分析扩展到周围基体恢复力矩阻碍转向磁有利构型的铁凝胶。例如，颗粒可化学交联到聚合物基体中，且磁矩可固定到颗粒轴。我们证明这些体系仍具有超弹性区域。如前所述，非线性应力-应变行为可在运行期间通过外磁场可逆地调节。然而，磁矩的不同耦合导致对外部刺激的不同类型响应。例如，平行于拉伸轴施加的外磁场几乎不影响超弹性区域，但使其之外系统变硬。其他具有超弹性的智能材料，如金属形状记忆合金，已得到广泛应用。我们的软聚合物体系提供许多额外优势，如典型更高的可变形性和增强的生物相容性结合高可调性。