基于机器学习的磁流变弹性体磁致储能模量的快速准确表征

磁流变弹性体在振动控制领域展现出巨大的潜力,但其磁致力学性能的测量过程往往需投入较高的人工与时间成本.本研究旨在利用机器学习方法在小样本试验数据驱动下实现磁流变弹性体磁致力学性能的快速准确预测.基于加装可控磁场的剪切流变仪测试了磁流变弹性体(9种配比,4种加载频率)的磁致储能模量.每种样品取5个测试点作为训练集并搭建支持向量回归机器学习模型,从而表征磁流变弹性体的磁致储能模量.结果表明,相较于典型的理论模型,SVR模型仅使用5个样本点即可更准确表征磁流变弹性体磁致储能模量,相关系数高达0.998.另外,SVR模型训练时间仅为0.02 s,可显著加速磁流变弹性体表征的进程.更重要的是,SVR模型具有良好的泛化性,对于不同硅油配比和不同加载频率的磁流变弹性体预测结果的相关系数仍可达0.998以上.因此,机器学习模型可实现磁流变弹性体磁致储能模量的快速准确表征,为新型磁流变材料的研发提供参考.

玻纤增强酚醛树脂复合材料的粘弹性--材料储能模量模型的建立

利用DMA分析技术考察了玻纤增强酚醛复合材料的储能模量在升温过程中的变化。由于后固化和热分解反应的发生,材料的储能模量在温度高于玻璃化转变温度后出现了先上升随后下降的趋势。以三元件标准线性固态模型为基础建立了材料储能模量变化的数学模型,模型计算值与实验实测值吻合较好。

固体推进剂动态储能模量主曲线计算应力松弛模量

基于一维线性粘弹性理论中动态储能模量与应力松弛模量的关系,导出了一种利用动态储能模量主曲线计算固体推进剂修正应力松弛模量的方法。通过两类固体推进剂修正应力松弛模量与实测应力松弛模量主曲线对比发现:虽然计算值大大高于实测值,但二者的比例系数随时间单调递减。根据这种关系,利用固体推进剂动态储能模量主曲线可以计算一定时间内的应力松弛模量。最后,对该方法在发动机药柱应力松弛模量监测中的应用进行了初步探讨。

无机粒子填充聚合物复合材料的储能模量及其表征

储能模量是衡量聚合物材料刚性及弹性的一个重要指标。文中首先讨论了无机粒子填充聚合物复合材料储能模量的影响因素，并对其进行定量表征；然后应用DuPont动态力学分析仪，在温度-150～100℃下测量了玻璃微珠填充低密度聚乙烯（LDPE／GB）复合材料的动态力学性能；最后应用文中提出的储能模量公式分别估算了LDPE／GB和文献报道的氢氧化铝填充三元乙丙胶（EPDM／A1（OH）3）于实验奈件下的相对储能模量，并与已有的储能模量公式的计算值进行比较．结果表明，文中提出的公式的预测值与实测数据较为吻合．

氯丁橡胶/三元乙丙橡胶共混胶的两相交联网络对其储能模量及应力松弛性能的影响

研究了氯丁橡胶(CR)/三元乙丙橡胶(EPDM)共混胶的两相交联密度与其储能模量之间的关系并建立了拟合模型,考察了共混胶中各组分的交联密度、储能模量及应力松弛性能三者之间的关系。结果表明,该模型的适用温度范围为35~80℃,两相交联密度与储能模量呈线性相关。当m(CR)/m(EPDM)为70/30时,CR/EPDM共混胶的储能模量模型预测值与实测值接近,证明模型具有较高的可靠性。CR相对共混胶总储能模量的影响程度较大。共混胶的应力松弛性能与各组分的交联密度及储能模量均呈线性关系。

用储能模量表征含蜡原油的屈服值

含蜡原油的屈服性能直接影响其管输安全,当温度降低时,含蜡原油析出的蜡晶与其中的胶质、沥青质相互作用形成具有一定强度的三维空间网络结构,在外剪切力作用下,该结构屈服裂降,存在一个屈服值,即屈服应力。通过应变扫描实验法对长庆、大庆、环江、冀东4种含蜡原油进行流变性测试,结果表明:含蜡原油在线性黏弹区内储能模量基本不变,应力与应变呈线性递增关系,其线性黏弹区随着温度的升高而增大;含蜡原油的储能模量与屈服值在双对数坐标图上呈现线性递增关系,可以用结构屈服系数表示含蜡原油屈服时结构的强弱,该系数等于储能模量和屈服值的对数比值。与其他方法相比,该方法获得的屈服值结果更加稳定,易于形成相关标准。(图2,表2,参9)

天然橡胶/细菌纤维素晶须复合材料的水触发模量变化（英文）

采用蒸发法将细菌纤维素晶须(BCWs)与天然橡胶(NR)胶乳混合制备了NR/BCWs复合材料,研究了其吸水性能及吸水前后常温储能模量的变化。结果表明,NR/BCWs复合材料的吸水过程可分为2步,第1步速率较大,第2步逐渐减小直至溶胀平衡状态。随着BCWs填充量的增加,NR/BCWs复合材料的平衡吸水量先减小后增大。这是由于BCWs既可以形成吸水通道增大吸水量,又能形成物理交联减小吸水量,填充量低时后者起主要作用。吸水后NR/BCWs复合材料的常温储能模量显著降低,幅度可达到2个数量级,当BCWs的填充量仅为3份时,模量变化幅度达到80.71%。

潮气固化聚脲树脂的制备与力学性能研究

采用预聚体法,以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)和聚醚胺(D-2000)为基本反应单体,4,4′-二氨基二苯醚(ODA)作为扩链改性剂合成了规整度高且性能优异的聚脲树脂,并分析了扩链改性剂含量对聚脲树脂性能的影响,采用动态热力学分析聚脲的动态力学性能.结果表明,较高的硬段含量会导致更高的拉伸强度和更低的断裂伸长率;ODA占氨基总摩尔量的15%时聚脲的综合力学性能较优异,拉伸强度和断裂伸长率分别为3.95 MPa和310%;随着ODA含量增加,储能模量增大,损耗因子降低,当ODA占氨基总摩尔量的15%时,动态力学性能达到最优.

不同因素对固体推进剂流变性能影响研究进展

针对推进剂药浆的流变性能受多种因素的影响,综述了固体推进剂用增塑剂、含能固体填料、工艺助剂、工艺参数等因素对于推进剂药浆流变性能影响的国内外研究现状,并分析总结了不同因素对固体推进剂药浆流变性能的影响规律及机理,对比了不同固体填料和粒度级配对药浆流变特性的影响。指出适当加入增塑剂可有效改善药浆的流变特性;选择合适的工艺助剂、工艺参数可大大改善药浆流变特性;固体填料表面越接近球形、越规则,粒径分布范围越宽,推进剂药浆黏度越小;对固体颗粒进行表面包覆、添加表面活性剂也有助于药浆流变性能的改善。提出了改善推进剂药浆流变性能的技术途径以及后期推进剂药浆流变性能的重点研究方向,以便更加全面研究药浆流变特性,设计出流变性能更好的固体推进剂药浆。附参考文献94篇。

含水率对黄土高原地区几种主要类型土壤流变特性的影响

[目的]研究含水率对土壤浆体流变特性的影响机理,为黄土高原地区泥浆体流动规律的认识和泥石流防治提供科学依据。[方法]以黄土高原地区4种主要类型土壤为研究对象,通过流变振荡剪切测试,探究含水率对土壤流变特性的影响。[结果](1)[土娄]土、褐土和黑垆土的储能模量、损耗模量、剪切应力随含水率的增加(40%~80%)均呈减小趋势,剪切应力分别从229.85,193.38,96.46 Pa减小到2.25,2.65,2.32 Pa;在含水率较大(>50%)的条件下,黄绵土表现出强应变过冲现象。(2)4种土壤浆体的储能模量随剪切应变的增加出现两个平台区,表现出两步屈服现象;随着含水率的增加,浆体出现两步屈服向一步屈服的转变。第一步屈服与初始网络结构的破坏有关,第二步屈服表明浆体结构被完全破坏。(3)当土壤含水率≤50%,土壤细颗粒可通过形成絮凝体增加絮凝程度从而提高土壤浆体流动点剪切应力;当含水率>50%时,土壤中的粗颗粒通过增加颗粒间摩擦力提高流动点剪切应力,此时黄绵土流动点剪切应力大于其他土壤。[结论]土壤流变特性不仅与其自身性质有关,而且受土壤含水率的重要影响;细颗粒含量较大的土壤,在高含水率条件下其浆体更易发生流动。

低水胶比水泥浆体静动态流变行为的经时变化

基于浆体流动度、静态屈服应力以及小振幅振荡模式下储能模量,研究不同水胶比以及减水剂用量对浆体静动态流变行为经时变化的影响机制,探讨低水胶比浆体的静动态流变行为。研究结果表明:通过调整减水剂用量获得的初始流动度相同但水胶比不同的浆体,流动性经时变化存在显著的差异。极低水胶比浆体的流动性经时损失更为显著;但高减水剂用量时,浆体的流动性经时损失较小。基于静态屈服应力和储能模量G′表征了浆体静态流变行为的发展,发现颗粒胶体作用力和水化产物的桥接作用共同决定了浆体微观结构强度发展。低水胶比浆体的静态屈服应力和储能模量随时间延长增长更加显著。增加减水剂用量,可增大颗粒间距,抑制早期水化,有利于延缓颗粒网络强度发展。影响静动态流变行为内在机制的不同导致了浆体的静动态性能经时变化存在显著差异,其中水化产物的桥接作用是关键因素。

结构化控制剂对硅橡胶性能的影响

以甲基乙烯基硅橡胶为主体材料,研究结构化控制剂羟基硅油、甲氧基硅油和二甲基二乙氧基硅油对硅橡胶性能的影响。结果表明:添加结构化控制剂可以抑制硅橡胶的结构化现象,减小硅橡胶的交联程度、硬度、定伸应力、拉伸强度、回弹值和压缩永久变形,增大拉断伸长率;羟基硅油对硅橡胶结构化的抑制效果最佳,可以降低硅橡胶(捏合混炼胶)的储能模量,延长停放时间,其用量为6份时就能达到较好的效果。

POM/PP/PE高刚耐热复合材料的制备及性能研究

为获得高刚耐热聚乙烯基复合材料用于工程结构的改善和优化,本文制备了聚甲醛(POM)/聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)三元复合材料。采用PE-g-MAH作相容剂改善POM/PP/PE三元体系的相容性,研究PE-g-MAH对POM/PP/PE复合材料性能的影响。当PE-g-MAH添加量达到7.5份时,复合材料屈服强度达到最大值24.76MPa,提升了15.4%;冲击强度达到最大值25.78kJ·m^(-2),提升了50.7%;屈服伸长率达到最小值13.96%,降低了29.3%。结果表明,PE-g-MAH的加入提高了POM/PP/PE复合材料的综合力学性能,既改善了材料的相容性,同时也大幅提高了复合材料的储能模量,材料的刚性和耐热性能均得到了改善。

助表面活性剂对洁面膏性能的影响

制备了含约3 wt%不同助表面活性剂的洁面膏,包括阴离子、两性基和非离子表面活性剂。测试结果表明,椰油酰两性基乙酸钠降低体系的结膏点和储能模量,月桂基羟基磺基甜菜碱和PEG-12甲基葡糖二油酸酯提升体系的结膏点和储能模量;除了椰油酰两性基乙酸钠和PEG-120甲基葡糖二油酸酯降低体系的发泡力,其余助表面活性剂均在不同程度上提升发泡力;PEG-120甲基葡糖二油酸酯会增加体系的硬度、粘性和粘力,并且月桂醇聚醚-4也会提升样品的粘性和粘力;PEG-120甲基葡糖二油酸酯会提升对皮脂的清洁力。

新型清洁压裂液的流变性实验研究

基于清洁压裂液和黏弹性表面活性剂的研究思路,综合应用分子缔合形成结构流体的理论,研制出了一种新型的清洁压裂液增稠剂及压裂液体系——GRF清洁压裂液。运用RS6000型流变仪对该压裂液的抗温性、抗剪切性能,黏弹性及触变性等进行了测定。通过大量实验表明,该压裂液具有良好的抗温、抗剪切性能;在低于动态屈服应力下该体系储能模量G′恒大于耗能模量G″,是典型的黏弹性结构流体;并且其触变性对降低流体摩阻起到了决定性作用。这些良好的流变特性使得GRF压裂液的现场应用取得了比常规压裂液更好的增产效果。

压裂液黏弹特性与悬浮支撑剂能力研究

压裂液黏弹性与悬浮支撑剂的能力息息相关,是压裂液性能的重要参数,也是决定压裂施工成败的关键因素之一。本文就羟丙基瓜尔胶HPG、合成聚合物FA92压裂液的基液和冻胶及黄原胶溶液进行了黏弹性和支撑剂单颗粒沉降速率测试。结果表明,HPG和FA92基液以黏性为主。稠化剂质量分数从0.2%增至0.5%时,20℃下二者的储能模量G'分别从0.16、0.12 Pa增至0.88、0.45 Pa,耗能模量G''分别从0.16、0.18 Pa增至1.86、0.86 Pa,支撑剂沉降速率分别从15.190、15.380 cm/min降至0.729、0.952 cm/min。浓度越高,黏性越大,对支撑剂的悬浮能力增强。温度升高,液体黏弹性减小。黄原胶溶液具有较大的弹性,且弹性远远大于黏性,20℃时0.5%黄原胶溶液的G'、G''分别为7.17、2.81 Pa,60℃时分别为5.774、2.514 Pa。20℃、60℃下支撑剂在0.5%黄原胶溶液中沉降速率分别为0、0.075 cm/min,悬浮能力强,可在非交联状态下作为压裂液使用。HPG和FA92冻胶以弹性为主。室温下,交联剂质量分数从0.1%增至0.5%时,HPG+硼砂冻胶、HPG+BCL-81冻胶、FA92+FAS-301冻胶的G'分别从0.29、0.13、0.56 Pa增至0.90、6.02、8.31 Pa,G''分别从0.50、0.75、0.87 Pa增至0.77、1.05、0.98 Pa,支撑剂沉降速率分别从0.891、0.094、0.015 cm/min降至0.009、0.006、0 cm/min。交联剂浓度越高,冻胶弹性越大,对支撑剂的悬浮能力越强。FA92冻胶的弹性较HPG冻胶的大,对支撑剂的悬浮能力最强。

原油溶胶-凝胶等温转变过程中的流变性研究

使用RS75流变仪 ,采用小振幅振荡剪切方法和稳态剪切方法对含蜡原油在溶胶 -凝胶等温转变过程中的流变性进行了研究 .结果表明 ,等温转变成的凝胶原油的结构在很大程度上决定于预剪切速率 ,非牛顿含蜡原油在结构恢复过程中表现出不可逆的触变特性 .而凝胶原油在外力作用下向溶胶状态转变的过程中 ,要经历从线性粘弹性变形 ,到非线性粘弹性变形 ,再到结构屈服的过程 。

原位聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征

首先制备MMT/MgCl2/TiCl4插层催化剂,并通过原位聚合的方法制得聚丙烯(PP)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料。XRD和TEM分析结果表明,蒙脱土在聚丙烯基体中被剥离并成纳米级分散。在低于80℃左右时,PP/MMT纳米复合材料的储能模量明显高于纯聚丙烯的储能模量,PP/MMT复合材料的玻璃化温度比纯PP提高了2℃～5℃。

商业橘皮果胶与大豆果胶流变性质的比较

通过流变学方法对商业橘皮果胶及大豆果胶溶液黏度及凝胶过程进行分析。结果表明:相同条件下,商业橘皮果胶的黏度高于大豆果胶;在形成凝胶过程中,商业橘皮果胶凝胶体系储能模量要远高于大豆果胶。果胶质量浓度为2 g/100 m L、蔗糖添加量为55、60 g/100 m L,葡萄糖酸内酯(D-glucono-δ-lactone,GDL)添加量为3、4 g/100 m L的商业橘皮果胶与相同条件下的大豆果胶储能模量差异不大;通过加入蔗糖及GDL或提高大豆果胶质量浓度,可明显提高大豆果胶凝胶体系的储能模量,增加大豆果胶的凝胶强度。

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。