磁流变弹性体的制备及其压敏导电性能研究

针对磁流变弹性体的导电特性,设计了一种磁流变弹性体导电性测试元件,确立了其基本的制备工艺。基于磁流变弹性体导电性元件的可靠性,在相同条件下制备不同配比单一粒径磁流变弹性体样品,进一步设计整个导电性元件的压敏特性测试装置,并利用该装置对磁流变弹性体样品的电流与电阻率进行测试,结果表明,该元件可以实现磁流变弹性体压敏导电特性的稳定性测试,通过测试数据分析得到磁流变弹性体由于基体材料的粘弹性压应力随时间衰减,较小的颗粒体积比对混合液的黏度影响较小,对磁流变弹性体样品的电导影响更加敏感。     

磁流变弹性体中颗粒磁场力的简化分析模型

磁流变弹性体中颗粒磁场力受到颗粒磁化率、颗粒结构以及颗粒间的饱和磁场强度等因素影响。利用磁路分析的原理,讨论了由磁化材料和非磁化材料组成的一段磁路的特性,在考虑颗粒结构的基础上建立了磁流变弹性体局部磁场的颗粒分析单元,推导得到了颗粒的磁化强度表达式。在对颗粒磁化强度过程简化的基础上,进一步导出计算颗粒磁场力的计算公式。     

磁流变弹性体基于卡方分布的磁偶极子模型

为了精确描述磁流变弹性体的磁致效应,从而使磁流变弹性体应用于工程实际,基于磁偶极子理论,结合铁磁颗粒在磁流变弹性体中的分布特点,引入分布参量n,假设相邻铁磁颗粒的间距满足卡方分布,提出基于卡方分布的磁偶极子模型,推导了磁致剪切模量的表达式。该模型弥补了"均匀分布"假设的不足且形式简单,适于工程应用,同时可以精确反映出各因素对磁流变弹性体磁致效应的影响规律,其中分布参量和外加磁场强度是影响磁致效应的关键因素。     

镍粉填充型磁流变弹性体压敏与温敏电阻特性研究

磁流变弹性体具有良好的压致电阻敏感特性和温度-电阻敏感特性,在柔性触觉传感领域表现出应用潜力。以羰基镍粉作为导电填充颗粒,硅橡胶作为基体,分别制备了镍粉随机分散和磁致链化的磁流变弹性体样品,测试了磁流变弹性体在不同温度下的压力-电阻特性和定值压力下的温度-电阻特性。分析了镍粉体积分数、外加电压、镍粉磁致链化对磁流变弹性体压阻特性的影响和不同温度下磁流变弹性体的压敏电阻规律。研究表明,体积分数为26%的磁流变弹性体在较低加载电压下,不仅其对数电阻与压力具有较好的线性关系,而且压力感知范围较宽;磁致链化可显著提高MRE压阻灵敏度;在不同恒定压力下,温度-电阻曲线具有一致的变化规律,呈现出先降后升的特性。     

基于链化模型的磁流变弹性体磁致效应影响因素分析

磁流变弹性体是磁流变材料中新的一员,它是由可磁化的铁磁性颗粒和橡胶基在外加磁场下固化而成的,固化后铁磁性颗粒在基体中形成链状等有序结构,因此其力学、电学、磁学等性质可由外加磁场控制.目前限制磁流变弹性体的大规模应用的一个重要因素是其磁致效应还不能够满足工程需要,制备出具有更大磁致效应的磁流变弹性体材料是当前的紧迫任务之一.在磁流变弹性体链化模型的基础上,引入斜链夹角的正态分布,采用偶极子法从理论上分析了诸多因素对磁流变弹性体磁致效应的影响,包括颗粒链的初始倾斜角、外加磁场强度、剪应变大小等,为材料的制备和性能的优化提供理论上的帮助.     

磁流变弹性体中铁磁颗粒尺寸大小随机分布下的磁致剪切模量的分析

考虑到磁流变弹性体内铁磁颗粒尺寸大小存在随机分布的现象,对磁流变弹性体的偶极子进行了修正,分析了不同尺寸铁磁颗粒混合的磁流变弹性体磁致剪切模量。该铁磁颗粒尺寸大小随机分布的修正模型不仅能够在单一粒径时退化为传统的偶极子模型,还可以对用不同尺寸的铁磁颗粒混合制备的磁流变弹性体磁致剪切模量的不均性予以预测,并对磁致剪切模量随夹杂铁磁颗粒的体积分数呈非线性变化予以了预测,相关结果与实验吻合较好。     

叠层型磁流变弹性体智能隔震支座及其磁场有限元分析

磁流变弹性体（magnetorheological elastomers,简称MRE）是由天然橡胶或者硅橡胶基体和磁性颗粒组成的新型智能材料,其剪切性能和储能模量可以随着外加磁场的改变而变化。本文创新地提出利用磁流变弹性体材料代替普通橡胶材料,利用其磁流变效应设计制作叠层型智能隔震支座的思路,并且对自行设计的智能隔震支座进行了磁场有限元分析。建立了单线圈磁能输入和双线圈磁能输入结构的二维有限元模型,分别改变支座上下连接板厚度、线圈匝数、电流的大小,分析磁流变弹性体处磁感应强度的变化情况,从而得到电流大小以及支座的结构尺寸与磁感应强度之间的关系。分析结果表明：智能隔震支座磁流变弹性体处的磁感应强度最大可以达到1.2T,该调节范围可以充分发挥磁流变弹性体的流变效应,说明本文提出的新思路是完全可行的。     

通电瞬时板内半无限长裂纹尖端域的应力场

以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了在向含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,得到了裂纹尖端区域处温度和应力的具体表达式。算例表明,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,并伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。     

硅橡胶基磁流变弹性体相对磁导率研究

磁流变弹性体的最大特性就是其刚度和阻尼可以在外加磁场作用下实现实时且可逆的控制,而磁流变弹性体的相对磁导率是影响其可控范围的重要因素之一。以硅橡胶基不同组分磁流变弹性体为研究对象,在分析了相对磁导率测量原理的基础上,搭建了基于谐振电路的磁流变弹性体相对磁导率测试系统,实验研究了影响磁流变弹性体相对磁导率的因素。结果表明,磁流变弹性体的相对磁导率随磁性颗粒含量的增加而增加,随磁场强度的增加而减小;在相同质量分数条件下,以羰基铁粉作为填充物材料的磁流变弹性体的相对磁导率要高于以羰基镍粉为填充物的相对磁导率。且磁流变弹性体的相对磁导率随增塑剂含量的增大而增大。     

基于Digimat中RVE模型的磁流变弹性体的磁致压缩力学性能的数值模拟

磁流变弹性体的宏观压缩力学性能受其组分材料的体积比、形态和外加磁场等因素的影响。从3方面系统的研究了磁流变弹性体在磁场和压缩条件下的静态磁致力学性能。首先运用Digimat软件中的均匀化方法和RVE研究零磁场条件下的磁流变弹性体力学性能。然后研究了磁场条件下各向同性和各向异性磁流变弹性的磁致力学性能。最后利用实验方法研究磁流变弹性体的力学性能。得到了磁场的施加使得各向同性和颗粒成链磁流变弹性体的压缩模量增大,同时颗粒成链比各向同性磁流变弹性体的磁流变效应更大的结论。     

新型磁流变弹性体隔振器关键技术

磁流变弹性体是近年来广泛应用的一种新型智能隔振材料,它继承了磁流变液的可控、可逆、响应速度快等优良性能,同时具有稳定性好、不易磨损和不易沉降等特点,广泛应用于高新技术隔振领域。以橡胶作为基体研制出的新型磁流变弹性体,充分利用磁流变弹性体刚度和阻尼可控的特性,设计一款新型磁流变弹性体隔振器,对其在不同外加控制电流和激励频率下的振动响应特性进行了试验研究,试验结果表明在外加电流的改变下,该隔振器刚度相应改变,从而引起固有频率的改变,达到宽频隔振的效果。     

碳黑对磁敏高弹体力学性能的影响

磁敏高弹体也称磁流变弹性体，是一种新型的功能材料和智能材料，其力学性能可以由外加磁场来控制。制备了不同碳黑含量的磁流变弹性体，并实验研究了其磁流变效应和热稳定性，得出了碳黑对磁流变弹性体力学性能的影响。实验结果表明，制备磁流变弹性体时，向基体中添加适量的碳黑，能够增强材料的磁流变效应、降低材料的损耗因子、提高材料的热稳定性。     

柱状和层状结构磁流变弹性体剪切模量的数值计算

从颗粒间的磁相互作用能出发,计算了磁流变弹性体的磁致剪切模量.考虑了链内颗粒和相邻链中颗粒的影响,修正了磁流变弹性体的磁偶极子模型.构建了体心立方结构和简单立方结构计算模型,分别考虑了柱和层状聚集结构的大小以及其间距,对含柱状结构和层状结构的磁流变弹性体的力学性能进行了计算.计算结果表明,单层模型的磁流变弹性体磁致剪切模量比单链模型的预报值高约48%.在提高磁流变弹性体的磁致剪切模量方面,层状结构优于柱状结构.     

基于磁流变弹性体的复杂曲面构件柔性成形关键技术

磁流变弹性体作为一种可以有效感应磁场作用、弹性模量可控的先进智能材料,在航空航天制造工程领域具有重要的应用前景。首先分析了基于磁流变成形介质的复杂曲面板材及管材构件的基本成形机理。另外阐述了磁流变弹性体的研究进展,包括其制备工艺、性能以及柔性介质压力成形工艺。最后,基于磁流变弹性体的复杂曲面构件精密成形关键技术,从弹性体制备、磁场搭建及加载路径控制、磁固耦合条件的工艺仿真以及成形缺陷调控等方面分析了该技术的可行性。     

γ射线辐照法制备硅橡胶基各向同性磁流变弹性体

磁流变弹性体是一种新型的智能材料,其力学性能可由磁场控制,因而在自适应减震器、阻尼可调部件和汽车悬浮刷等方面具有广泛的应用前景.本文选择羰基铁作为磁性粒子,在无任何外加磁场下,采用γ射线辐照法固化硅橡胶基体,制备各向同性的磁流变弹性体.作者详细研究了制备过程中可能影响磁流变效应及力学性能的各种因素,特别是固化时间以及不同添加剂,包括增塑剂、增强剂的种类及其含量等的影响,以获得硅橡胶弹性体磁流变效应和力学性能的优化,并提出了各向同性的磁流变弹性体的作用机理.     

基于链化分析的磁流变弹性体剪切模量模型

磁流变弹性体是一种磁流变材料,由高分子橡胶基体掺杂微米级的铁磁性颗粒固化而成.基于磁性物理学理论,从磁流变弹性体在磁场作用下铁磁性固体颗粒极化成链的微观结构出发,探讨磁流变流体中固体颗粒间的相互作用机理,分析研究颗粒间的相互作用力,建立了一种微观力学模型,可用于分析磁流变流体在外加磁场作用下剪切模量及其影响因素的作用效果,揭示磁流变效应的微结构机理,为磁流变弹性体的性能优化、工程开发及应用提供理论依据.     

舰用磁流变弹性体隔振器设计及性能分析

根据磁流变弹性体的工作模式和工作原理,设计一种舰用新型的磁流变弹性体隔振器结构,该隔振器中磁流变弹性体处于剪切压缩的状态。采用经典理论对隔振器尺寸进行计算,并应用有限元对其静、动态力学性能进行分析,并对隔振器在不同控制电流下的动态性能进行试验,结果表明,所设计的磁流变弹性体隔振器结构是合理的;随着控制电流的增大,动态刚度不断增大,当控制电流超过2 A以后,动态刚度的改变量趋于平缓;隔振器动态刚度随磁场的变化较明显,即隔振器刚度可进行有效调节。     

非圆形磁性颗粒对磁流变脂剪切应力的影响及其计算模型研究

磁流变脂是继磁流变液和磁流变弹性体之后,又一个具有巨大发展潜力的磁流变智能材料。参照作者提出的圆形颗粒的建模过程,建立了非圆形磁性颗粒磁流脂的剪切应力模型,并以六边形磁性颗粒磁流变脂为例,推导出六边形磁性颗粒磁流变脂剪切应力公式。该模型对半径和边长相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,体积相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,零场下的剪切力应力进行了模拟计算。结果表明同体积下的非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,且随接触边长的减少剪切应力亦减少,但都比圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力大。即使零场条件下,非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,说明球形磁流变液不是最佳选择。所以,非圆形磁性颗粒的磁流变脂机理研究对高性能磁流变液制备及其应用具有极其重要的指导意义。     

一种刚度、阻尼可控的新智能材料——磁流变弹性体

磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer)是磁流变材料中新的一员,是由天然或人造橡胶和微米级的可磁化颗粒在外加磁场下固化而成.由于颗粒在橡胶中形成了近似链状结构,因此其流变特性(如刚度、阻尼)可由外加磁场来控制.综述了近年来国内外磁流变弹性体的研究情况,分析了其理论模型和一些力学性能测试方法,并展望了其应用前景.     

硅橡胶基磁流变弹性体制备及动态剪切性能研究

磁流变弹性体是一种新型的智能复合材料,其动态力学性能受磁场控制,可以应用于变刚度或避免共振的智能器件。在原有制备磁流变弹性体的基础上尝试采用不同的组份配比制备了以双组份室温硫化硅橡胶为基体的高性能磁流变弹性体。在0～700mT磁感应强度范围内,使用动态信号测试分析仪来测试分析所制样品的磁致动态频响函数。结果表明,在700mT磁感应强度下及羰基铁粉质量分数为75%时,所制备的磁流变弹性体的共振频率相对变化率可达到30%,具有较好的频率可控特性,同时,其动态剪切模量最大相对变化率可以达到67%,达到了磁场控制剪切模量的目的。