马克·安德雷·基普;马提亚斯·兰博塞克 磁流变弹性体计算表征的多尺度方法。 (英语) Zbl 1352.74088号 国际期刊数字。方法工程。 107,第4号,338-360(2016). 概述:磁流变弹性体是一种具有复合微观结构的材料,由弹性体基体和可磁化夹杂物组成。由于磁性包裹体的存在,磁流变弹性体能够在磁场下改变其性能。因此,它们的有效行为强烈依赖于微观结构。这需要采用均匀化策略来表征其宏观响应。然而,对于任意的宏观物体来说,这是一项非平凡的任务。主要困难源于这样一个事实,即磁性物体与其周围环境相互作用,从而扰动其所受的磁场。在多尺度模拟中,这种相互作用必须通过磁性边界条件的物理合理公式来解释。因此,这一贡献的目标是建立一个双尺度均匀化框架,该框架允许(i)将微观结构纳入宏观模拟,以及(ii)在任意宏观物体上应用实验驱动的边界条件。我们在几个数值研究中展示了该方法的能力,其中我们分析了不同样本的有效行为。根据其微观结构,我们观察到试样的收缩或拉伸,并发现磁感应硬化或减弱。所有数值预测与实验测量在定性上都符合得很好。 引用于10文件 MSC公司: 74E30型 复合材料和混合物特性 78A25型 电磁理论(通用) 关键词:磁流变弹性体;计算均匀化;\(FE^{2}\)-方法;磁性边界条件;磁机械耦合;有限变形 软件:科学Py;IPython公司;马特普洛特利布 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.-A.Keip}和\textit{M.Rambausek},国际数学家杂志。方法工程107,No.4,338--360(2016;Zbl 1352.74088) 全文: 内政部 参考文献: [1] Böse,机械性能具有高可变性的磁流变弹性体,《物理杂志:会议系列149》,第012页–(2009) [2] Böse,软磁流变弹性体作为阀门的新型致动器,《智能材料系统与结构杂志》23页,989–(2012)·doi:10.1177/1045389X11433498 [3] Jolly,磁流变材料行为模型,Smart materials and Structures 5 pp 607–(1996)·doi:10.1088/0964-1726/5/009 [4] Bednarek,弹性体基体中铁磁复合材料的巨磁致伸缩,应用物理学A 68第63页–(1999)·doi:10.1007/s003390050854 [5] Ginder,磁流变弹性体中的磁致伸缩现象,国际现代物理杂志B 16 pp 2412–(2002)·doi:10.1142/S021797920201244X [6] Danas,铁-颗粒填充磁流变弹性体的实验和建模,固体力学和物理杂志60 pp 120–(2012)·doi:10.1016/j.jmps.2011.09.006 [7] Galipeau E Ponte Castañeda P磁活性弹性体复合材料中的巨场诱导应变伦敦皇家学会会刊A:数学、物理和工程科学2013 [8] Boczkowska,《高级弹性体——技术、性能和应用》(2012)·doi:10.5772/2784 [9] Vu,大应变电弹性静力学的二维耦合BEM-FEM模拟,《应用力学与工程中的计算机方法》199 pp 1124–(2010)·Zbl 1227.74104号 ·doi:10.1016/j.cma.2009.12.001 [10] Steinmann,非线性电弹性模拟中的计算挑战,《工程与科学中的计算机辅助方法》,第19页,199–(2012) [11] Bustamante,《磁敏弹性体边界条件的数学建模:变分公式》,《工程数学杂志》第64卷第285页–(2009年)·Zbl 1168.74346号 ·数字对象标识代码:10.1007/s10665-008-9263-x [12] Bustamante,非线性磁弹性有限几何边值问题的数值解,《国际固体与结构杂志》48 pp 874–(2011)·Zbl 1236.74078号 ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2010.11.021 [13] Salas,非线性磁弹性中一些边值问题的数值解,《智能材料系统与结构杂志》26页156–(2014)·doi:10.1177/1045389X14522533 [14] Truesdell,经典力学原理和场论物理学百科全书第226页–(1960) [15] Tiersten,磁饱和绝缘体的耦合磁力学方程,《数学物理杂志》5 pp 1298–(1964)·Zbl 0131.42803号 ·doi:10.1063/1.1704239 [16] Brown,《磁弹性相互作用》,《自然哲学丛书》(1966年)·doi:10.1007/978-3-642-87396-6 [17] Pao,《今日力学》第209页–(1978)·doi:10.1016/B978-0-08-021792-5.50012-4 [18] Maugin,《电磁固体的连续介质力学》,《应用数学和力学的North-Holland系列》(1988年)·Zbl 0652.7302号 [19] Eringen,《连续统I的电动力学——基础和固体介质》(1990年)·doi:10.1007/978-1-4612-3226-1 [20] Kovetz,电磁理论(2000) [21] Dorfmann,弹性体的磁弹性建模,《欧洲机械学报》A/Solids 22 pp 497–(2003)·Zbl 1032.74549号 ·doi:10.1016/S0997-7538(03)00067-6 [22] Dorfmann,弹性体的非线性磁弹性变形,机械学报167第13页–(2004)·Zbl 1064.74066号 ·doi:10.1007/s00707-003-0061-2 [23] Kankanala,《有限应变磁流变弹性体》,《固体力学与物理杂志》52 pp 2869–(2004)·Zbl 1115.74321号 ·doi:10.1016/j.jmps.2004.04.007 [24] Steigmann,磁性弹性体和磁弹性膜的平衡理论,《国际非线性力学杂志》39页1193–(2004)·Zbl 1348.74116号 ·doi:10.1016/j.ijnonlinme.2003.08.002 [25] Vu,《非线性电和磁弹性静力学:材料和空间设置》,《国际固体与结构杂志》44页7891–(2007)·Zbl 1167.74410号 ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2007.05.017 [26] Bustamante,《非线性磁弹性静力学中的变分公式》,《固体数学与力学》13,第725页–(2007年)·Zbl 1175.74033号 ·doi:10.1177/1081286507079832 [27] Bustamante,横向各向同性非线性磁活性弹性体,机械学报210第183页–(2010)·Zbl 1397.74063号 ·doi:10.1007/s00707-009-0193-0 [28] Vogel,《关于静磁弹性力学中的一些混合变分原理》,《国际非线性力学杂志》51,第157页–(2013)·doi:10.1016/j.ijnonlinme.2012.12.005 [29] Ethiraj,耗散磁力学中的变分建模和均匀化,GAMM Mitteilungen 38,第75页–(2015)·doi:10.1002/gamm.201510004 [30] Ethiraj,包含微机械网络内核的磁敏聚合物的乘法磁弹性,国际工程科学杂志(2015) [31] Ponte Castañeda,《通过均匀化实现电活性聚合物复合材料的有限应变本构理论》,《国际非线性力学杂志》第47卷第293页–(2012年)·Zbl 1423.74308号 ·doi:10.1016/j.ijengsci.2015.08.007 [32] Ponte Castañeda,有限应变下磁流变弹性体基于均匀化的本构模型,《固体力学与物理杂志》59页194–(2011)·Zbl 1270.74075号 ·doi:10.1016/j.jmps.2010.11.004 [33] Galipeau,《磁流变弹性体的有限应变本构模型:磁转矩和纤维旋转》,《固体力学与物理杂志》61 pp 1065–(2013)·doi:10.1016/j.jmps.2012.11.007 [34] Galipeau,具有周期性和随机微观结构的磁活性弹性体,《国际固体与结构杂志》第51期第3012页–(2014)·doi:10.1016/j.ijsolstr.2014.04.013 [35] Javili,《磁性力学中的计算均匀化》,《国际固体与结构杂志》,50 pp 4197–(2013)·doi:10.1016/j.ijsolstr.2013.08.024 [36] Spieler,《磁性复合材料的XFEM建模和均匀化》,《机械学报》224第2453页–(2013)·Zbl 1398.74406号 ·doi:10.1007/s00707-013-0948-5 [37] Smit,通过多层有限元建模预测非线性非均匀系统的力学行为,《应用力学和工程中的计算机方法》155 pp 181–(1998)·Zbl 0967.74069号 ·doi:10.1016/S0045-7825(97)00139-4 [38] Miehe,有限塑性计算均匀化分析。多晶材料织构发展的模拟,应用力学与工程中的计算机方法171 pp 387–(1999)·Zbl 0982.74068号 ·doi:10.1016/S0045-7825(98)00218-7 [39] Michel,《具有周期性微观结构的复合材料的有效性能:计算方法》,《应用力学与工程中的计算机方法》172第109页–(1999)·Zbl 0964.74054号 ·doi:10.1016/S0045-7825(98)00227-8 [40] Terada,非均匀介质多尺度分析的一类通用算法,《应用力学与工程中的计算机方法》190 pp 5427–(2001)·Zbl 1001.74095号 ·doi:10.1016/S0045-7825(01)00179-7 [41] Kouznetsova,采用梯度增强计算均匀化方案的非均质材料多尺度本构建模,《国际工程数值方法杂志》54 pp 1235–(2002)·Zbl 1058.74070号 ·doi:10.1002/nme.541 [42] Miehe,基于增量变分公式的非弹性微观结构和复合材料的应变驱动均匀化,《国际工程数值方法杂志》55,第1285页–(2002)·Zbl 1027.74056号 ·doi:10.1002/nme.515 [43] Miehe,基于平均增量能量最小化的有限应变下非均质材料离散微观结构的计算微观到宏观转变,应用力学与工程中的计算机方法192 pp 559–(2003)·兹比尔1091.74530 ·doi:10.1016/S0045-7825(02)00564-9 [44] Miehe,《非均质结构的多尺度有限元分析:从均匀化到多重网格求解器》,《国际工程数值方法杂志》71页1135–(2007)·Zbl 1194.74443号 ·doi:10.1002/nme.1972 [45] 袁,《在实践中实现计算均匀化》,《国际工程数值方法杂志》73 pp 361–(2008)·Zbl 1159.74044号 ·doi:10.1002/nme.2074 [46] Schröder,CISM国际机械科学中心第1页–(2014) [47] Øzdemir,非均匀固体中热传导的计算均匀化,《国际工程数值方法杂志》73,第185页–(2008)·Zbl 1159.74029号 ·doi:10.1002/nme.2068 [48] Schröder,机电耦合问题局部化和均匀化条件的推导,计算材料科学46 pp 595–(2009)·doi:10.1016/j.com.matsci.2009.03.035 [49] Schröder,机电耦合边值问题的双尺度均匀化,计算力学50 pp 229–(2012)·Zbl 1398.74106号 ·doi:10.1007/s00466-012-0715-9 [50] 库兹涅佐夫,电活性连续介质的数学均匀化理论,《国际工程数值方法杂志》91 pp 1199–(2012)·doi:10.1002/nme.4311 [51] Labusch,两相磁电复合材料的产品特性:合成和数值建模,计算力学54 pp 71–(2014)·Zbl 1398.74102号 ·doi:10.1007/s00466-014-1031-3 [52] Temizer,《多尺度热力接触:等几何分析的计算均匀化》,《国际工程数值方法杂志》97 pp 582–(2014)·Zbl 1352.74268号 ·数字对象标识代码:10.1002/nme.4604 [53] Zäh,《功能材料耗散机电力学中的计算均匀化》,《应用力学与工程中的计算机方法》267,第487页–(2013)·Zbl 1286.74086号 ·doi:10.1016/j.cma.2013.09.012 [54] Keip,有限应变下电弹性的双尺度计算均匀化,《应用力学与工程中的计算机方法》278,第62页–(2014)·Zbl 1423.74788号 ·doi:10.1016/j.cma.2014.04.020 [55] Keip,铁电体的坐标-非变相场建模,第二部分:在复合材料和多晶体中的应用,GAMM-Mitteilungen 38 pp 115–(2015)·doi:10.1002/gamm.201510006 [56] Sridhar,微磁力学中的均匀化,计算力学(2015)·Zbl 1398.74108号 [57] Busch R Elektrotechnik und Elektronik füR Maschinenbauer und Verfahrenstechniker 2003年 [58] Pao,移动弹性固体和粘性流体的电动力学,IEEE 63第1011页论文集–(1975)·doi:10.1109/PROC.1975.9878 [59] 里纳尔迪,《连续体力学中的物体与表面力:麦克斯韦应力张量是物理客观的柯西应力》,《物理评论》E 65(2002)·doi:10.1103/PhysRevE.65.036615 [60] Bustamante,《关于非线性电弹性固体中的电体力和麦克斯韦应力》,《国际工程科学杂志》第47期第1131页–(2009)·Zbl 1213.74123号 ·doi:10.1016/j.ijengsci.2008年10月10日 [61] Steinmann,CISM国际机械科学中心,第181页–(2011年) [62] Miehe,大应变下多晶体分析中的计算微观-宏观转变和整体模量,计算材料科学16第372页–(1999)·doi:10.1016/S0927-0256(99)00080-4 [63] Miehe,经历小应变变形的离散化微观结构的计算微观到宏观转变,应用力学档案72 pp 300–(2002)·Zbl 1032.74010号 ·doi:10.1007/s00419-002-0212-2 [64] Hill,《增强固体的弹性特性——一些理论原理》,《固体力学和物理杂志》11 pp 357–(1963)·Zbl 0114.15804号 ·doi:10.1016/0022-5096(63)90036-X [65] Hughes,《有限元法:线性静态和动态有限元分析》(2000年)·Zbl 1191.74002号 [66] Wriggers,非线性有限元方法(2008) [67] Hunter,Matplotlib:2D图形环境,科学与工程计算9第90页–(2007)·doi:10.1109/MCSE.2007.55 [68] 麦金尼,第九届科学会议Python会议记录,第51页–(2010年) [69] Pérez,IPython:交互式科学计算系统,《科学与工程中的计算》9,第21页–(2007)·doi:10.1109/MCSE.2007.53 [70] Geuzaine,带内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,《国际工程数值方法杂志》79 pp 1309–(2009)·兹比尔1176.74181 ·doi:10.1002/nme.2579 [71] Chen,静态和准静态电磁场问题的有限元开放边界技术综述,IEEE汇刊33 pp 663–(1997)·doi:10.1109/20.560095 [72] Kankanala,平面应变下矩形块体的磁弹性屈曲,《固体力学和物理杂志》56,第1147页–(2008)·Zbl 1171.74354号 ·doi:10.1016/j.jmps.2007.10.008 [73] Otténio,增量磁弹性变形,及其在表面不稳定性中的应用,《弹性杂志》90第19页–(2008)·Zbl 1127.74013号 ·doi:10.1007/s10659-007-9120-6 [74] Rudykh,《有限变形下各向异性磁流变弹性体的稳定性:微观力学方法》,《固体力学与物理杂志》61 pp 949–(2013)·doi:10.1016/j.jmps.2012.12.08 [75] Miehe,有限磁电弹性中的均匀化和多尺度稳定性分析,GAMM-Mitteilungen 38 pp 313–(2015)·doi:10.1002/gamm.201510017 [76] Miehe,有限磁电弹性中的均匀化和多尺度稳定性分析。软物质EE、ME和MEE复合材料的应用,应用力学和工程中的计算机方法300 pp 294–(2016)·doi:10.1016/j.cma.2015.10.013 [77] Jones E Oliphant T Peterson P等人,《SciPy:Python开源科学工具2001》网址:http://www.scipy.org/ [78] Brun,《具有周期性微观结构的纤维增强弹性体的均匀化估计》,《国际固体与结构杂志》第44卷第5953页–(2007年)·兹比尔1186.74095 ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2007.02.003 [79] McMeeking,可变形电介质材料的静电力和储能,《应用力学杂志》72页581–(2005)·Zbl 1111.74551号 ·doi:10.115/11940661 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