第1章 绪论 1
1.1铁磁固体变形与断裂的研究背景 1
1.2研究概况 2
1.2.1电磁结构力学行为的研究概况 3
1.2.2电磁功能材料的力学行为研究概况 6
1.3本书的结构与内容安排 10
第2章 电磁学基础知识 13
2.1电磁场的麦克斯韦方程组 13
2.2电磁介质的物理方程 14
2.2.1电介质极化的物理描述 15
2.2.2磁介质磁化的物理描述 16
2.3运动介质的麦克斯韦方程组 17
2.4电磁场的边界条件 19
2.5电磁能量与坡印亭定理 21
2.6电磁场位函数 22
2.7磁性材料的分类 24
2.8铁磁材料的畴结构与技术磁化 27
2.9铁磁体的变形机制 28
2.9.1磁致伸缩的变形机制 28
2.9.2磁致形状记忆效应的机制 31
2.10磁学单位与量纲 32
第3章 多场耦合实验方法与技术 34
3.1多场耦合实验原理 34
3.1.1基本量的测量 34
3.1.2特征曲线的测量 37
3.2多场耦合实验设备 43
3.2.1现有多场耦合实验设备 43
3.2.2 机械传动力磁耦合实验设备 49
3.2.3液压传动力磁耦合实验设备 52
3.2.4 力磁热耦合实验设备 57
3.2.5 动态力磁热耦合实验设备 59
3.2.6动态力电磁热耦合实验设备 62
3.3本章小结 64
第4章 铁磁固体的变形与断裂实验结果 65
4.1铁磁固体材料的多场耦合本构实验 65
4.1.1锰锌铁氧体的多场耦合本构实验 65
4.1.2金属软磁材料的多场耦合本构实验 68
4.1.3超磁致伸缩材料的多场耦合本构实验 73
4.1.4铁磁形状记忆合金的多场耦合本构实验 86
4.1.5 Galfenol合金的多场耦合本构实验 89
4.2超磁致伸缩材料的多场耦合实验新现象 91
4.2.1畴变“拟弹性”行为 91
4.2.2巨大的受迫体磁致伸缩 97
4.2.3多轴力磁耦合场作用下的磁致伸缩和磁滞回线 98
4.2.4弹性模量的各向异性与阻尼性能 103
4.2.5路径效应 104
4.2.6擦除特性 107
4.2.7同余特性 114
4.3铁磁固体材料的多场耦合断裂实验 116
4.3.1磁场下的三点弯断裂实验 117
4.3.2磁场下的维氏压痕实验 118
4.4本章小结 120
第5章 磁致伸缩材料的唯象本构模型 121
5.1标准平方型本构 121
5.1.1热力学本构方程的推导 121
5.1.2材料参量及本构方程中系数的确定 124
5.1.3理论与实验结果对比 126
5.2双曲正切型本构 128
5.2.1本构方程的推导 128
5.2.2理论与实验结果对比 129
5.3基于畴转密度的唯象本构 130
5.3.1畴转密度概念 131
5.3.2 本构方程的推导 131
5.3.3理论与实验结果对比 132
5.4基于J2流动理论的唯象本构模型Ⅰ 134
5.4.1基本假设 134
5.4.2本构方程的推导 135
5.4.3一维本构模型 139
5.4.4理论与实验结果对比 141
5.5基于J2流动理论的唯象本构模型Ⅱ 143
5.5.1基本假设 144
5.5.2本构方程的推导 145
5.5.3一维本构模型 146
5.5.4理论与实验结果对比 147
5.6基于内变量理论的各向异性唯象本构模型 150
5.6.1初始力磁耦合屈服面测量 151
5.6.2基本方程 152
5.6.3唯象本构理论框架 153
5.6.4定向多晶Terfenol-D的唯象本构模型 156
5.7本章小结 164
第6章 磁致伸缩材料的畴变本构模型 166
6.1磁致伸缩的物理机制 166
6.2各向异性磁畴旋转模型 167
6.2.1磁畴旋转本构模型的推导 168
6.2.2非滞后各向异性磁畴旋转模型 170
6.2.3滞后各向异性磁畴旋转模型 173
6.2.4基于磁畴旋转机制的力磁热耦合本构模型 176
6.3磁畴翻转模型 179
6.3.1基本假设与磁畴的类型 180
6.3.2 磁畴翻转能量准则 183
6.3.3材料参数的确定 185
6.3.4宏观本构关系 186
6.3.5理论与实验结果对比 187
6.4本章小结 190
第7章 磁致伸缩材料的磁弹性耦合断裂力学 191
7.1磁致伸缩材料的磁弹性耦合断裂 191
7.1.1基本方程及问题的描述 192
7.1.2问题的求解 196
7.1.3裂纹尖端场 198
7.1.4能量释放率 199
7.1.5应变能密度因子 201
7.1.6小结 202
7.2含裂纹磁致伸缩材料的线性磁化模型 202
7.2.1软磁材料中椭圆夹杂附近磁感应强度的分布 203
7.2.2磁体力和磁面力 204
7.2.3问题的复势表示及问题的解 207
7.2.4细长椭圆裂纹尖端应力场 209
7.2.5结果讨论 211
7.2.6小结 215
7.3小范围理想饱和磁化断裂模型 216
7.3.1磁化饱和区的大小和位置 216
7.3.2磁化饱和区的磁性场分布 219
7.3.3应力场的叠加法 220
7.3.4应力场的求解 222
7.3.5理论与实验结果对比 226
7.3.6小结 229
第8章 软磁材料的磁弹性耦合断裂力学 230
8.1线性模型分析软磁裂纹问题 230
8.1.1软磁线性磁弹性理论 230
8.1.2各向异性裂纹解 232
8.1.3各向同性裂纹解 236
8.2软磁体平面中心裂纹的非线性分析 239
8.2.1基本理论 239
8.2.2磁弹性平面问题的复势解 240
8.2.3磁弹性中心裂纹问题 241
8.2.4 耦合场的解 242
8.2.5裂尖场的分析与讨论 246
8.3本章小结 251
第9章 铁磁复合材料的细观力学理论 252
9.1压磁夹杂的Green函数方法 253
9.2压磁夹杂的等效夹杂方法 257
9.2.1夹杂的弹性问题 257
9.2.2夹杂的磁学问题 258
9.3压磁复合材料的有效磁弹性质 260
9.3.1稀疏解 262
9.3.2 Mori-Tanaka解 263
9.3.3数值结果分析 264
9.4磁致伸缩材料的有效性质 266
9.4.1磁致伸缩的基本方程 267
9.4.2磁致伸缩复合材料的等效弹性模量 268
9.4.3磁致伸缩复合材料的等效磁致伸缩 269
9.4.4理论与实验结果比较 271
9.5本章小结 275
第10章 铁磁相变材料的变形理论 276
10.1简单的唯象磁致应变模型 276
10.1.1应变的表示方法 276
10.1.2相变动力学公式 278
10.1.3单一磁化曲线假设 280
10.2理论与实验结果对比 281
10.3本章小结 283
第11章 铁磁固体结构力学分析 284
11.1磁力耦合理论和变形体磁力表达 284
11.1.1磁力的基本模型 284
11.1.2典型实验 285
11.1.3理论模型 286
11.1.4问题的提出 291
11.1.5变形体磁场作用力的推导 292
11.1.6小结及讨论 294
11.2铁磁板在纵向磁场中的振动分析 295
11.2.1铁磁板纵向磁场振动问题 295
11.2.2 变形后的磁场分布 296
11.2.3 板变形状态的磁力 298
11.2.4振动问题的求解 299
11.2.5 振动实验 301
11.2.6小结及讨论 304
参考文献 305
附录A各向同性磁弹性系数张量 322
附录B本构矩阵中的各个系数 324
附录C线性磁化裂纹尖端位移与面力公式中的系数 326
附录D复势函数在边界圆两侧的跳变条件中的系数 327