多鐵性材料的多物理場耦合力學研究

《多鐵性材料的多物理場耦合力學研究》是依託浙江大學，由楊衛擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：多鐵性材料的多物理場耦合力學研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：楊衛
• 項目類別：重點項目

項目摘要

本項目就多鐵性材料及其在力、電、磁等多物理場耦合載荷作用下的關鍵力學問題進行研究。建立磁電多鐵性材料的多物理場耦合本構關係；發展第一性原理分子動力學/連續介質力學耦合的多尺度材料模擬方法和新的實驗手段；進行多鐵性材料磁致變形及應變介導磁電耦合機理研究；採用實驗與數值模擬相結合的手段，進行磁電多鐵性材料及器件在多場耦合載荷下失效破壞機理研究；研究多鐵性多層器件的動力學特性，探索界面效應、梯度效應等各種複雜因素的影響。本項目通過對上述關鍵力學問題的研究，探討將固體力學學科的內涵延伸到具有力、電、磁三類場互動的範疇，並探詢連續介質場論、分子動力學、量子場論、自旋電子學的結合，並為磁電多鐵性材料及器件的製備設計、工程套用等提供理論指導。

結題摘要

本項目按計畫開展。主要研究方向為：磁電多鐵性材料本構關係及其套用、多尺度多物理場的耦合模擬、磁致變形及應變介導磁電耦合機理、設計及製備高性能多鐵性複合材料的新方法及多場作用下多鐵性材料微結構演化及性能的測試和多鐵性材料多層器件的動力學特性。主要研究進展和成果包括： （1）對磁電層合材料在諧振狀態下的磁電回響進行了理論分析，建立了磁電層合材料諧振磁電電場係數和一階縱向振動頻率的顯式表述。 （2）在原子、細觀和巨觀尺度上進行了多鐵性材料第一性原理、相場模擬和有限元模擬研究，發展了第一性原理/分子動力學耦合的多尺度材料模擬方法。 （3）開展了磁致變形及磁電耦合機理研究。報導了Terfenol-D/PZT/ Terfenol-D、Terfenol-D/P(VDF-TrFE)/Terfenol-D多鐵性層狀複合材料中的磁電多峰現象。 （4）搭建了多鐵性多物理場載入與磁電性能測試系統；製備了多鐵性複合材料，並對其進行了熱-力-磁-電性能研究。製備了一種新型的嵌鑲型磁電複合材料，並觀察到了四態磁電效應。 （5）推廣了Mindlin的板理論構造方法，得到正交曲線坐標系下的一般多鐵性板殼簡化結構理論的基本方程；進行了多鐵性結構性能調製和最佳化研究；提出了一個全新的方法來構建多鐵性結構的表面理論；發展了考慮極化梯度影響的簡化結構理論；建立了層狀電磁結構波動問題的回傳射線矩陣列式。 （6）進行了介電高彈聚合物力電耦合行為的研究。基於力電耦合大變形模型，對介電高彈聚合物換能器在多種工作模式下的具體問題進行了理論分析和數值模擬。利用介電高彈聚合物特有的力電性能，提出了實現極大電致變形、高效能量收集、主動調頻振動的理論方案。 本項目共發表了SCI論文59篇，發展建模模擬程式4套，培養博士生11名，博士後4名。