1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代工业的迅猛发展和当代科技的飞速进步，人工智能已经成为脍炙人口的主题，在此潮流推动之下，柔性智能复合材料因其与生物机体非常接近的材料属性以及非凡的智能控制方式而倍受关注。其中，以磁活性弹性体(magnetoacitve elastomers, maes)为代表的磁性颗粒增强智能复合材料，因其优良的磁弹性性能、丰富的磁致响应和非接触的控制模式成为近年来的研究热点[1-3]。已有的研究成果显示，该类复合材料不仅具有磁流变效应[4]，而且还具有磁致伸缩效应与磁介电效应[5,6]。该类材料除了可以产生磁致伸缩这类均匀变形的行为，更是可以通过特殊微结构设计实现磁致弯曲等非均匀变形行为[7]。

磁性颗粒增强复合材料丰富的磁致力学响应行为是内部磁力、微结构演化与变形三者相互作用的宏观表现。复合材料的内部磁力主要来源于磁化颗粒：在磁场作用下，一方面微磁结构引起的铁磁性与形状不对称引起的偏磁性会使颗粒受到磁力矩的作用，另一方面磁化产生的扰动磁场使得分布颗粒间存在磁性相互作用力[8,9]。当磁力离散地作用于磁性颗粒增强复合材料内部时，形成所谓的磁致应力[10]。该应力不仅可以协助基体抵抗或促进机械荷载带来的变形，在宏观上呈现出磁流变效应，而且可以带动周围基体产生变形，在宏观上产生磁致应变响应[11]。受到磁流变液的影响，早年的研究多集中于颗粒间的相互作用力上；近年来随着微型软体机器人的出现，磁力矩作为重要的驱动形式之一已经越来也受到学者们的关注[11-15]。磁力矩不仅由材料的微磁结构决定，同时也受到颗粒形状、大小和取向的影响[11]。基于此，有的学者针对磁活性弹性体内为椭球形夹杂，考虑椭球形颗粒形状与取向等因素，分析了磁活性弹性体的磁致力学响应[12-14]。为了更具有一般性，更是学者们针对含有不同形状颗粒的磁活性弹性体，建立了细观胞元模型，借助有限元分析较为深入的研究了磁活性弹性体的磁致力学响应[15]。

截至目前，对磁活性弹性体材料磁力矩驱动的研究已经愈来愈丰富。然而，现有的研究一部分从磁力矩的产生机制方面开展基础性阐述，另一部分则是以颗粒形状、大小和取向等引起颗粒产生磁力矩的微观结构性因素作为关注重点，重点讨论这些微观结构性因素对磁活性弹性体磁力力学响应的影响。然而，作为联系磁力矩的产生与磁活性弹性体宏观力学响应的复合材料局部关键问题，磁力矩带动周围基体变形的能力尚未受到足够的理论支撑。因此，从这方面开展理论研究，具有非常重要的意义。该研究的顺利开展不仅能对磁活性弹性体的宏观力学响应分析给予准确的基础理论支撑，而且对磁活性弹性体的微结构设计与工程应用提供宝贵的理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容：考虑磁性颗粒的形状与取向，针对非球形颗粒因磁化产生的磁力矩作用，分析特定形状夹杂磁活性弹性体的磁致局部变形行为。

2.2 研究的目标：初步建立夹杂形状与外加磁场与局部变形间的相互作用关系，分析颗粒在基体中的有效弹性影响区域。

2.3 拟采用的技术方案及措施：基于电磁学理论分析颗粒所带的磁势能；结合弹性力学与界面力学理论分析颗粒周边基体的弹性势能，运用最小势能原理分析颗粒周围基体的变形能力，运用场函数分析方法，分析基体的变形分布。

3. 研究计划与安排

第1-3周，查阅国内外文献并翻译英文文献，了解磁活性弹性体的基本概念及研究现状，完成开题报告。

第4-6周，学习与研究内容相关的理论知识，开始进行理论模型的构建。

第7-9周，完成理论建模并初步展开数值分析工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] nguyen vq, ahmed as,ramanujan rv. morphing soft magnetic composites [j]. advanced materials. 2012,24: 4041-4054.

[2] 许阳光, 龚兴龙, 万强, 刘太祥, 宣守虎. 磁敏智能软材料及磁流变机理研究. 力学进展. 2015, 45: 461-495.