基于RVE方法的磁流变弹性体力学行为的预测

磁流变弹性体是一种在不同磁场条件下力学性能可控的智能材料。磁流变弹性体的模量为无磁场下材料的模量和磁场诱导产生的模量之和。运用基于周期性边界条件的代表性体积单元法,用理论和有限元两种方法对比研究了无磁场下磁流变弹性体的宏观弹性模量和剪切模量。通过引入Maxwell应力张量,研究了磁流变弹性体在不同磁感应强度下对磁场诱导产生的弹性模量和剪切模量的影响。用RVE的方法证明了,磁流变弹性体由于磁场诱导产生的弹性模量是负数,但总的弹性模量是正数,且其大小随磁感应强度的增大而增大。而其初始剪切模量则始终为正数,其大小随着磁场强度的增大而增大,这与偶极子理论推导得到的结论一致。     

磁流变弹性体的磁致性能

设计了一种聚氨酯基磁流变弹性体,利用设计的磁致力学性能测试装置,对剪切状态下磁流变弹性体的磁流变效应进行了系统的测试。结果表明,相对磁流变效应随着外加磁场强度的增大而增大,随着激励振幅的增大而减小。预加载位移的大小直接决定这相对磁流变效应,过大的变形会导致相对磁流变效应急剧减小。激励频率对相对磁流变效应影响不大。     

温度对磁流变弹性体力学性能的影响分析

温度影响磁流变弹性体硅橡胶或天然橡胶基体的剪切模量与损耗因数,进而影响磁流变弹性体的减振性能。研究温度对磁流变弹性体力学性能的影响,首先通过ANSYS Workbench仿真分析磁流变弹性体减振器工作时温度随工作时间变化过程,发现磁流变弹性体减振器中励磁线圈随着时间增加,温度逐渐上升,导致磁流变弹性体升温幅度测试磁流变弹性体试样在不同剪切应变与激励频率条件下的力学性能随温度变化过程。结果表明,温度对磁流变弹性体的剪切模量与损耗因数影响较大,在50 Hz、2.5%剪切应变的条件下,试样的剪切模量由25°C时的0.42 MPa降低到65°C时的0.36 MPa,损耗因数由0.307降低到0.204,降幅为33.55%,在不同温度下,磁致性能随温度变化相对较小。基于MATLAB动力学仿真,表明无外加磁场条件下磁流变弹性体减振器系统传递率由25°C时的5.065升高到65°C时的6.705,增幅为32.38%。     

取向磁场强度对磁流变弹性体力磁性能的影响

为探究制备过程中取向磁场对MRE力磁性能的影响,制备了相同磁敏颗粒夹杂的两种不同基体特性的MRE,分别对其微观组织和材料的力学性能进行了系统研究。结果表明:随着取向磁场与硅油含量的增大,磁敏颗粒在MRE中的链状排布更加明显;所制备材料的磁致剪切模量与磁流变效应均随着取向磁场的增大而增大,并且其增加趋势随着硅油含量的增加更加显著;磁流变弹性体的损耗因子随着取向磁场的增加逐渐增大,而当取向磁场高于250mT后,损耗因子几乎不变。相关结果可对磁流变弹性体的设计制备提供理论依据。     

基于磁流变弹性体的缓冲装置设计及其冲击响应特性研究

利用聚氨酯基磁流变弹性体,结合ANSYS有限元仿真,设计制作了一种剪切式磁流变弹性体缓冲装置。搭建自由跌落冲击试验系统和冲击响应谱试验系统分别测试了该缓冲装置的冲击响应特性,研究了在不同磁场下缓冲装置的缓冲性能。实验结果表明在自由跌落冲击和冲击响应谱两种试验中,所设计的磁流变弹性体缓冲装置都具有较高的缓冲率,且装置的缓冲率随着磁场的增加而增大,表明磁流变弹性体缓冲装置起到了一定的缓冲作用,且可以实现外加电流对其缓冲效果的控制,该研究为磁流变弹性体在半主动/主动隔振缓冲领域的应用做出了有益探索。     

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。     

取向磁场对钴颗粒填充硅橡胶磁流变弹性体动态黏弹性的影响

为了研究取向磁场强度对磁流变弹性体（MRE）动态黏弹性的影响规律及影响机制,采用溶剂热法制备球状钴颗粒,SEM和XRD表征结果显示,其粒径为1~2 μm,呈密排六方结构。以硅橡胶为基体,以钴颗粒为填充相,分别在0 mT、480 mT、1 154 mT取向磁场强度下制备MRE,并在不同工况下测试其动态黏弹性。实验结果表明,Co颗粒填充的MRE微观结构的有序性随取向磁场强度增大而增加,其储能模量G'、损耗模量G ″和磁流变效应也随之提高;当取向磁场强度增大到一定程度,由于有序结构趋于稳定,动态黏弹性随取向磁场的变化较小。     

壁面特征对磁流变液传力性能的影响

为了保证磁流变传动装置的动力传递效果,采用实验方法,分析了不同壁面材料、表面粗糙度大小、壁面形貌、滑差转速及工作间隙对磁流变传力性能的影响规律。研究表明壁面材料对磁流变液动力传递效果影响较为明显,材料磁导率越低,传递转矩越小,容易发生壁面滑移现象;壁面形貌亦为影响传力效果的主要因素,凹凸同心圆表面减弱了磁流变液的传力性能;高滑差转速时,磁流变液颗粒成链较为复杂,其传递转矩随滑差转速的增加而逐渐降低,而工作间距对其传力性能影响不大。     

磁场对磁流变弹性体表面特性的影响

为探究磁流变弹性体在磁场作用下的表面特性,制备体积分数为5%,10%,15%,20%,25%和30%的磁流变弹性体(MRE)样本,分别在施加磁场前后进行金相显微镜、白光干涉仪表面观察实验以及滑动摩擦验证实验。表面观察实验表明:样本的表面磁性颗粒随组分体积分数的增加而增加,并且各组分样本表面在磁场下粗糙度均降低,5%MRE的样本降低最多,约20%;摩擦实验结果表明:摩擦因数随着体积分数增加和在磁场作用下均出现降低趋势,30%MRE的摩擦因数相比于5%的摩擦因数约减小了38%, MRE表面铁磁颗粒含量是影响其摩擦特性的主要因素。     

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。     

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.     

剪切阀式磁流变阻尼器动态特性实验研究

介绍了剪切阀式磁流变阻尼器的结构和工作原理,基于平板模型得出了其阻尼力的计算公式。对自行研制的剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等动态特性进行了实验研究。结果表明剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,阻尼力可调系数随电流变化连续可调。在相同振幅下,阻尼器的可调倍数随频率增大而降低,阻尼力随振动频率的增大而增大。通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。     

蒙脱土对硅橡胶基磁流变弹性体性能的影响

考察蒙脱土对硅橡胶基磁流变弹性的动态力学特性和磁流变性能的影响，通过调节体系中蒙脱土的含量优化硅橡胶磁流变弹性体的综合性能。研究结果表明，当弹性体中蒙脱土的含量在4．6％时，硅橡胶基磁流变弹性体／蒙脱土复合材料的模量比纯弹性体的模量提高了近345％，硅橡胶磁流变弹性体的磁致模量达到1.76MPa，磁流变效应为63．7％。     

磁流变弹性体的厚度对其力学性能的影响

磁流变弹性体在变刚度变阻尼的隔振或吸振系统中具有广阔的应用前景,材料厚度是影响结构优化和减振效果的重要因素。为了研究材料厚度对磁流变弹性体力学性能影响,制备了同一组分不同厚度的4种试样,采用流变仪对磁流变弹性体在不同磁场、应变、频率下的动态力学性能进行表征。通过对测试结果的处理与分析,得到了磁流变弹性体材料厚度与力学性能之间的变化关系,为磁流变弹性体装置的优化设计提供依据。     

磁流变胶泥材料的磁控力学行为实验研究

采用主要成分为高粘度线性聚硅氧烷的弹性胶泥为基体,制备了羰基铁粉质量分数为20%,40%和60%的磁流变胶泥。对磁流变胶泥的流变学特性和动态力学特性进行测试,描述了磁流变胶泥的本构关系并识别其参数,分析了磁场、铁粉含量、剪切应变以及剪切频率对粘弹性能的影响。结果表明,磁流变胶泥的本构关系能用Herschel-Bulkley模型进行描述;剪切应力、刚度的磁场可控范围宽(铁粉质量分数为60%的磁流变胶泥剪切应力调节范围16~128kPa,储能模量可调范围0.52~3.28 MPa);随铁粉含量和磁场的增加,剪切应力增大、弹性增加而粘性减小;不同磁场下磁流变胶泥从线性粘弹性区向非线性粘弹性区转变的临界应变值不同,且磁场增大可拓宽线性粘弹性区的范围;在线性粘弹性区磁流变胶泥对0~80Hz频率无依赖性。     

各向同性磁流变橡胶材料的摩擦实验研究

分别从宏观和微观角度研究磁场对各向同性磁流变橡胶摩擦性能的影响。搭建了磁流变橡胶的摩擦实验平台,在外加磁场下进行滑动摩擦实验。实验结果表明,磁流变橡胶在轻载且低速条件下,摩擦系数随正压力增大呈减小趋势,而且磁场会使得磁流变橡胶表面的摩擦系数减小,且减小趋势随羰基铁粉体积比的增加呈现非线性变化,当羰基铁粉体积比为10%、正压力为0.25N、磁场强度为250mT时,其摩擦系数变化最大,减小约25%。通过金相显微镜进一步观测施加磁场前后的磁流变橡胶表面,检测表明磁场使得羰基铁粉在磁流变橡胶表面产生聚集,从而使其表面材料属性及微结构发生变化,该变化是促使磁流变橡胶的摩擦性能发生改变的重要原因。     

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。     

各向同性磁流变橡胶材料的摩擦实验研究

分别从宏观和微观角度研究磁场对各向同性磁流变橡胶摩擦性能的影响.搭建了磁流变橡胶的摩擦实验平台,在外加磁场下进行滑动摩擦实验.实验结果表明,磁流变橡胶在轻载且低速条件下,摩擦系数随正压力增大呈减小趋势,而且磁场会使得磁流变橡胶表面的摩擦系数减小,且减小趋势随羰基铁粉体积比的增加呈现非线性变化,当羰基铁粉体积比为10％、正压力为0.25N、磁场强度为250 mT时,其摩擦系数变化最大,减小约25％.通过金相显微镜进一步观测施加磁场前后的磁流变橡胶表面,检测表明磁场使得羰基铁粉在磁流变橡胶表面产生聚集,从而使其表面材料属性及微结构发生变化,该变化是促使磁流变橡胶的摩擦性能发生改变的重要原因.     

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.     

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。