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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Ⅰ134

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Ⅱ143

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