多铁性材料的多物理场耦合力学研究

本项目就多铁性材料及其在力、电、磁等多物理场耦合载荷作用下的关键力学问题进行研究。建立磁电多铁性材料的多物理场耦合本构关系；发展第一性原理分子动力学/连续介质力学耦合的多尺度材料模拟方法和新的实验手段；进行多铁性材料磁致变形及应变介导磁电耦合机理研究；采用实验与数值模拟相结合的手段，进行磁电多铁性材料及器件在多场耦合载荷下失效破坏机理研究；研究多铁性多层器件的动力学特性，探索界面效应、梯度效应等各种复杂因素的影响。本项目通过对上述关键力学问题的研究，探讨将固体力学学科的内涵延伸到具有力、电、磁三类场互动的范畴，并探询连续介质场论、分子动力学、量子场论、自旋电子学的结合，并为磁电多铁性材料及器件的制备设计、工程应用等提供理论指导。

本项目按计划开展。主要研究方向为：磁电多铁性材料本构关系及其应用、多尺度多物理场的耦合模拟、磁致变形及应变介导磁电耦合机理、设计及制备高性能多铁性复合材料的新方法及多场作用下多铁性材料微结构演化及性能的测试和多铁性材料多层器件的动力学特性。主要研究进展和成果包括：.（1）对磁电层合材料在谐振状态下的磁电响应进行了理论分析，建立了磁电层合材料谐振磁电电场系数和一阶纵向振动频率的显式表述。.（2）在原子、细观和宏观尺度上进行了多铁性材料第一性原理、相场模拟和有限元模拟研究，发展了第一性原理/分子动力学耦合的多尺度材料模拟方法。.（3）开展了磁致变形及磁电耦合机理研究。报道了Terfenol-D/PZT/ Terfenol-D、Terfenol-D/P(VDF-TrFE)/Terfenol-D多铁性层状复合材料中的磁电多峰现象。.（4）搭建了多铁性多物理场加载与磁电性能测试系统；制备了多铁性复合材料，并对其进行了热-力-磁-电性能研究。制备了一种新型的嵌镶型磁电复合材料，并观察到了四态磁电效应。.（5）推广了Mindlin的板理论构造方法，得到正交曲线坐标系下的一般多铁性板壳简化结构理论的基本方程；进行了多铁性结构性能调制和优化研究；提出了一个全新的方法来构建多铁性结构的表面理论；发展了考虑极化梯度影响的简化结构理论；建立了层状电磁结构波动问题的回传射线矩阵列式。.（6）进行了介电高弹聚合物力电耦合行为的研究。基于力电耦合大变形模型，对介电高弹聚合物换能器在多种工作模式下的具体问题进行了理论分析和数值模拟。利用介电高弹聚合物特有的力电性能，提出了实现极大电致变形、高效能量收集、主动调频振动的理论方案。.本项目共发表了SCI论文59篇，发展建模模拟程序4套，培养博士生11名，博士后4名。