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摘要
文章研究变截面参数和梯度磁场作用对硬磁软梁的大变形的影响,为研制先进的硬磁软材料器件和系统提供理论指导.基于最小势能原理,建立了梯度磁场作用下变截面硬磁软梁静变形的力学理论模型.基于线性稳定性理论,分析了变截面对硬磁软梁屈曲失稳行为的影响.基于非线性力学理论,研究了变截面参数对硬磁软梁的后屈曲构型和弯曲变形的影响.在此基础上,深入研究了磁场梯度对变截面硬磁软梁大变形力学行为的影响.研究结果表明,变截面参数对硬磁软梁的临界屈曲载荷有较大影响,通过改变变截面参数值可调节梁的屈曲稳定性.当弯曲变形较小时,变截面参数对硬磁软梁后屈曲构型和横向变形的影响不可忽略,而这种影响在弯曲变形趋于饱和时,则变得很弱.磁场梯度参数的增大可引起变截面硬磁软梁出现更大幅值的静变形.当磁场梯度参数增大而使磁场力大于屈曲临界载荷时,变截面硬磁软梁不会出现前屈曲变形,而直接导致梁发生非线性的后屈曲变形.研究结果还显示,增大磁场梯度参数可以提高变截面硬磁软梁自由端的磁偏转精度,从而可有效地控制变截面硬磁软梁的磁转向.研究结果可为基于硬磁软材料的可展开柔性结构、柔性电子器件和软体机器人等结构设计提供指导.
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单位华中科技大学; 航天学院
