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电磁固体力学实验

/experiment of electromagneto-solid mechanics/
条目作者张兴义王省哲
条目作者张兴义

张兴义

王省哲

王省哲

最后更新 2024-06-06
浏览 168
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电磁固体力学的实验方面,属于实验固体力学和物理、材料等学科的交叉领域,包括实验原理、方法和实验装备,以及作为理论验证和设计依据的实验结果。

英文名称
experiment of electromagneto-solid mechanics
所属学科
力学

在现代高新科学技术的发展和推动下,压电材料、铁电材料、铁磁材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金、超导材料等智能材料构成的结构逐渐成为诸多新型高技术装置的核心,如各类智能装置中的电磁感应器和电磁致动器、国际热核聚变实验堆中的大型超导磁体等。在这些装置中,电磁材料与结构一般处于电、磁、热、力多场复杂环境,由于其通常具有强非线性电磁本构关系,以及对环境和初始条件的敏感性等特征,导致其理论研究和定量分析难度较大,相应的实验研究显得尤为重要。为了分析和揭示电磁材料的独特力学行为,需要针对各类电磁材料独特的服役环境,研制功能各异的科学仪器及开发关联的实验方法,这就构成了电磁固体力学实验的核心。

电磁固体力学实验研究针对各类电磁智能材料,涉及材料和结构的变形、振动、断裂及稳定性等。当电磁类材料处于复杂电磁场环境中时,一方面电磁力作用引起材料变形、性能退化和破坏,另一方面材料变形又反过来影响电磁场的空间分布特征,改变电磁力的大小和分布,这样就构成了电磁类材料变形与电磁场之间的双向耦合。这种耦合结合电磁材料固有的非线性电磁本构关系,使得电磁固体力学实验结果非常丰富,相关研究很有挑战性。

研制满足电磁材料服役环境的多功能、集成化科学仪器与平台是电磁固体力学实验的重要内容之一。以超导材料为例,通常需在极低温环境下实现并开展其载流和磁场下的力学性能测试,这就要求在狭小低温空间内实现磁场、载流和力学加载的多功能集成。由于电磁材料的多场服役环境,传统单一测量往往难以满足测试需求,因此要求结合低温与电磁场环境下的材料变形测试方法,如电阻应变片、数字图像相关等,综合测量的标定和研究。此外,对于电磁材料内部损伤特别是内部损伤与宏观多场性质的关联研究,传统的实验方式也难以实现。这样,电磁固体力学实验往往需要将多种传统技术与新技术进行交叉使用,包括光学、声学、磁、热、射线、图像等。随着大量的新型电磁类材料的研发和应用,电磁固体力学实验领域具有以下几个层面的内涵:①研究对象。主要针对压电、压磁、铁电、铁磁、磁致伸缩、超导等各种电磁类材料的变形、损伤、断裂等力学行为。②研究视角。采用声、光、电、磁、热、力、射线等手段,通过构建再现电磁材料复杂服役环境的科学仪器,结合先进的实验方法和技术的研究,揭示这类材料的基本力学行为。③针对新型电磁器件的安全性和功能性开展综合测试与设计,以满足重大需求、促进社会经济发展。

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