磁电弹性材料具备优良的多场耦合性能，可实现机械能、电能、磁能相互转换，在通信、国防、医疗、智能制造等领域应用前景广阔，广泛用于制备传感器、俘能器、驱动器等智能器件。该材料室温下呈脆性，服役于多场耦合环境时易产生变形与损伤，严重影响结构服役性能。因此，研究其静动力学影响规律，对智能器件的设计与工程应用具有重要意义。

团队结合近场动力学算子方法与磁电弹性耦合理论，构建磁电弹性材料的非局部磁电弹性耦合模型，用于分析含缺陷及无缺陷磁电弹性结构的变形与自由振动问题。研究借助加权余量法推导控制方程弱形式，结合近场动力学算子方法转化为非局部积分形式，依托变分原理建立静动力学隐式求解策略。经过数值算例验证，该模型具备良好的有效性与计算精度，同时分析了材料参数、裂纹位置、约束条件及压磁效应对磁电弹性结构自由振动特性的影响规律。

本研究基于所建立的非局部磁电弹性耦合模型，开展不同裂纹表面磁电边界条件下含多裂纹磁电弹性板的多场耦合分析。图1、图2分别展示了磁电不可通与磁电可通边界条件下位移、电势及磁势分布云图。结果表明：磁电不可通边界下，裂纹面位移、电势与磁势均呈现不连续特征；磁电可通边界下仅位移呈现不连续特征，电势与磁势保持连续。此外，该模型数值计算结果稳定，无明显数值振荡现象。

图1 含磁电不可通裂纹磁电弹性板的位移、电势、磁势云图

图2 含磁电可通裂纹磁电弹性板的位移、电势、磁势云图

本研究进一步基于所建立的非局部磁电弹性耦合模型，探究磁电弹性结构的动力学响应规律。本文重点围绕该类结构的自由振动特性展开分析，图3展示了含双孔磁电弹性梁的前六阶振型。由图3可知，所建模型能够精准表征含双孔磁电弹性梁的振型特征，充分验证了该非局部模型在求解磁电弹性结构动力学问题时的合理性与可靠性。

图3 含双孔磁电弹性板的前六阶振型

本研究由河海大学计算力学与工程安全研究团队完成，依托团队特色研究方向近场动力学，将其与力电磁多场耦合问题深度结合，为磁电弹性材料静力学与动力学特性的系统性深入探究提供了新的研究思路。研究成果已于2026年5月发表在《Thin-Walled Structures》期刊。本团队学术带头人黄丹教授为论文通讯作者，团队博士生信玉岩为论文第一作者。论文的其他重要合作作者包括本团队青年教师李志远和团队博士生钱一凡。本研究得到了国家自然科学基金项目（No. 12402236, 12572226）、江苏省自然科学基金项目（No. BK20241507）、国家资助博士后研究人员计划项目（No. GZC20240376）以及江苏省“青蓝工程”项目的资助。

《Thin-Walled Structures》期刊主要发表围绕薄壁结构，以及薄壁结构领域各类固有基础力学问题的研究论文，属于JCR一区期刊，最新影响因子为6.6。

撰稿：信玉岩

审核：周广得