电-磁-波梯度智能材料介质力学表征、磁电性质和物理波耦合机理研究

通过实验和理论结合的方法建立梯度智能材料介质在多场耦合下的完整的力学表征；采用微结构设计实现磁电性质；深入理解并探索磁电效应和物理波（电磁波/声波/弹性波）操控的耦合物理力学机制，建立完整的理论体系表征电-磁-波多场耦合下的力学性能指标，从而指导梯度智能材料的优化设计。利用微结构谐振产生特殊宏观等效性能，结合功能一体化设计可以实现对物理波传播的操控。结合磁电性质和波动效应的功能需求，通过对材料微结构设计达到对波传播特性和磁电性质的耦合操控，并进行相应原理性实验测试和验证。通过该项目研究还将设计出满足磁电性质并兼顾物理波功能的梯度智能材料介质，并探讨在非局部动力学方程框架下利用物理波梯度材料对波传播操控的方法。采用微结构设计研究提高材料的磁电性质和物理波操控谐振的耦合操控方法，探索梯度智能材料介质理论方法和实验技术，拓展其在存储器、多态记忆元、传感器、致动器及物理波领域、隐身领域的应用价值。

建立了梯度材料非线性本构关系，定量描述和表征了耦合场下梯度材料的磁电性质，在压电、压磁方程中引入磁致伸缩/电致伸缩效应，描述了压电系数，压磁系数及弹性系数随着耦合场的变化规律。提出了非线性磁电性质的表征方法，基于非线性梯度材料本构理论，预测了外加耦合场、界面力学行为等对磁电性质的影响。实现了界面之间径向变形匹配实现磁电性质，使梯度材料的径向收缩等与多铁材料产生耦合作用，提高了梯度智能材料的磁电转换效率。测试了电致伸缩及磁致伸缩对磁电性质的影响，设计了梯度多铁材料，描述了界面力学行为对磁电效应的影响规律，外加电-磁耦合场对磁电性质及物理波的调控规律。提出多场耦合测试方法，解决了技术问题，包括高压电场击穿而引起绝缘问题、高磁场的电磁铁极头间距与高载荷装置的空间矛盾问题、在强磁场以及高频扰动磁场下传感器磁屏蔽的问题、磁场均匀度问题、系统集成过程中的噪声屏蔽问题等。根据耦合场下的梯度器件变形机理，提出了电致伸缩、磁致伸缩等完整本构关系，设计了电磁场调控器件与物理波的实验测量技术，解决了耦合场干扰问题、温度引起的漂移问题。