A review on Multiscale Constitutive Modeling of Hard Magnetic Soft Materials
Abstract
硬磁软材料（Hard-Magnetic Soft Materials-HMSM）是一种由硬磁颗粒增强相与软聚合物基体组成的智能响应软材料. 这类材料凭借其独特的磁-力耦合效应, 能够在外加磁场激励下实现精准可控的可编程变形形态, 在软体机器人、生物医学、微流控等领域具有广泛的应用前景. 为了深入理解硬磁软材料的力学行为, 以进一步指导其设计应用, 相关学者近年来针对硬磁软材料的本构理论和变形特征展开了系统性研究, 文献中也可以见到相关主题比较全面的综述文章. 需要指出的是, 硬磁软材料本身也是一种多尺度结构, 其宏观力学性能决定于磁颗粒的几何分布、软基体的材料性能等微结构力学参数. 基于此, 本文基于多尺度视角开展文献综述, 首先介绍了硬磁软材料的组分特征, 继而从三个维度对现有本构模型进行总结概述, 总结了基于微纳观尺度的建模方法、基于现象学的宏观连续体本构模型以及基于均匀化的多尺度建模理论. 通过对比分析不同尺度模型的理论机理、适用范围及局限性, 揭示了多尺度关联机制在本构模型预测中的关键作用. 最后总结了现有理论并展望了相关研究的未来发展方向.
