硬磁软曲梁大变形力学模型

硬磁软材料因其灵活的可编程性、非接触驱动和快速响应等特点,在软体机器人、生物医学工程和柔性电子等领域引起了广泛关注.这种多功能复合材料通常是由硬磁颗粒嵌入软基质构成,能够在外加磁场激励下产生较大的变形.本文提出了一种基于铁木辛柯剪切变形理论的新型可伸长变曲率硬磁软梁模型,并结合打靶法实现快速求解硬磁弹性体非线性大变形问题;探究了不同长厚比下的硬磁软梁在不同外部磁场方向激励下的大挠度弯曲特性,发现了减小梁的长厚比和减弱外加磁场可增强剪切效应的影响机制,揭示了剪切变形在深梁大变形弯曲中的重要性,模型预测结果与实验吻合.研究结果可用于硬磁软机器和功能柔性结构的理性设计与可编程变形调控.