软铁磁薄板与薄壳结构的力磁热耦合问题研究

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1、兰州大学博士学位论文软铁磁薄板与薄壳结构的力--磁--热耦合问题研究姓名：王省哲申请学位级别：博士专业：固体力学指导教师：郑晓静2000.5.1兰塑盔堂坚主堂垡丝兰———————————————一摘要本文推广了三丝堡鹫签的左=壁摄今￡墨墨睃腰堡皿其跫i瓮焦掣，针对墼钴醺漫拯、湮庄结控的力一磁一热多场耦合问题，建立了相应的理论分析模型，并进行了定性、定量研究。纵三维软铁磁介质力一磁一热多场耦合系统的广义能量泛函出发，建立了包含几何、}线性(大变形)、物理菲线性(非线性磁化)以及温度对磁化性能影响等效应的统一的力一磁一热耦合广义变分原理：给出了具有明显力学意

2、义和物理意义的以场与场间能量转化观点描述的铁磁介质结构磁体力、磁面力分布计算公式：利用本文所建立的多场耦合广义变分原理，得到了铁磁介质力一磁一热小变形、力一磁大变形、力一磁非线性磁化等几类典型问题的耦合场广义变分模型，在针对具体结构的几何特征和变形特征加以适当简化后，可直接埘于铁磁扳、壳等结构的磁弹性、磁热弹性端含问题的分析中：对于铁磁粱式板结构，在采用磁弹性线性化理沦和磁场摄动技术后．定性分析和模拟了磁弹性相互作用的两类性质截然不同的正、负磁刚度现象．揭示了横向磁场中铁磁悬臂、简支、固支梁式板屈曲临界磁场值与板长厚比￡肪的一3／2次幂成正比的磁弹性变形

3、规律；与此同时，进一步定性分析了铁磁梁式板在不同磁场倾角下的磁弹性羯合力学行为：通过对铁磁薄板、薄壳结构的磁场、温度场及力学变形场三个子系统分别建立相应的有限元分析模型，采用迭代算法处理场与场间非线性耦台效应以及Newton—Raphson法处理子系统自身场非线性效应的方法，建立了铁磁薄板、薄壳力一磁一热多场耦合非线性有限元定量分析模型：在此基础上，对外加磁场中铁磁悬臂板的磁弹性屈曲实验和铁磁柱壳的磁弹性弯曲实验分别进行了数值模拟，给出了与实验结果吻合较好的磁弹性屈曲临界磁场值和壳体内的应力应变分布；定量模拟了矩形铁磁薄板在不同磁场倾角情形下的磁弹性和磁

4、热弹性弯曲、屈曲、后屈曲耦合行为，以及铁磁板不同支撑条件下磁弹性屈曲失稳对初始几何缺陷的敏感性，如悬臂板对初始缺陷敏感、四边简支板对初始缺陷不敏感等：并且详细讨论了几何非线性、物理非线性以及温度对磁化性能影响等效应对铁磁薄板、薄壳结构磁弹性、磁热弹性变形所产生的影响。L软铁磁薄板与薄壳，力一磁一热耦合，多场耦合广义变分原理，几何非线性，磁化非线性，定性与定量分析，多场耦合非线性有限元，磁弹性与磁热弹性弯曲，磁弹性屈曲与后屈曲，初始缺陷敏感性，数值模拟．兰塑盔堂量主堂垡鲨塞———ABSTRACTInthisdissertation，wegeneralize

5、thegeneralizedvariationalprincipleanditstheelreticalmodelfortIlemagneto-elasticityinteractionofferromagneticbodytothecaseofthecoupledmechanics．magneto-thermalproblemsofsoftferromagneticthinplatesandshells．Thequalitativeandquantitativeanalysesarestudiedindetail．’Firstly,basedongen

6、eralizedenergyfunctionalofthecoupledmechanics。magneto。thermalsystemforasoftferromagneticbody,ageneralizedvariationalprinciplethatcontainsthegeometricnonlinearity(1argedeformation)，materialnonlinearity(nonlinearmagnetization)andtheeffectoftemperatureonmagnetizationisestablished．Th

7、ecalculationformulasofmagneticbodyfoteeandsurfacefoteeareobtainedforsoftferromagneticmedium．Thesemagneticforcesaredescribedbyobviousmeaningofmechanics，thatistheenergytransformbetweenmagneticfieldanddeformationfield．Bymeansofthegeneralizedvariationalprinciple，wecarlgetsomegenerali

8、zedvariationalmodelsfortypicalproblems，s