含金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料时变、非线性和多物理场响应的细观力学模型

夏振庭^1,2，钟轶峰^1,2，黄子昂^1,2，梅宝平^1,2

1. 重庆大学土木工程学院2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室

摘 要：为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料（MPPF/PMCs）的有效时变、非线性和多物理场响应,基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系,建立统一的本构方程;以此为基础,推导出能量变化泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时切线电-磁-力耦合矩阵有关的增量过程;通过最小化近似泛函求解场变量的波动函数,并通过有限元数值实现,从而建立逼近物理和工程真实性的细观力学模型。通过含铝芯压电（BaTiO₃）压磁（CoFe₂O₄）聚合物基复合材料算例表明:构建的模型可用于模拟不同多物理场下MPPF/PMCs的有效响应,可准确捕捉纤维与基体间的应力突变现象。

关键词：变分渐近均匀化法;非线性行为;含金属芯压电压磁纤维增强材料;细观力学模型;多场耦合;