基于均匀化理论分析磁流变弹性体(MR)磁致剪切模量

本文考虑了磁流变弹性体(MR弹性体)内颗粒与基体间磁场的相互影响,基于均匀化理论计算磁流变弹性体的磁致剪切模量,并与已有磁偶极子理论的解进行对比分析。结果表明,铁磁颗粒磁导率的变化对磁致剪切模量的影响不大;当颗粒体积分数为30%时,基于均匀化理论获得的磁致剪切模量呈现最大值,其整体变化规律与实验数据基本吻合,可预测磁致剪切模量最大时的颗粒体积分数;而基于磁偶极子理论的计算结果与实验数据有一定差距。

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。

具有倾斜链结构的磁流变弹性体的磁致剪切模量模型与分析

针对斜磁场环境中固化形成的一类磁性颗粒夹杂磁流变复合弹性体,建立了一种分析其磁致剪切模量的倾斜链分布模型。首先,根据颗粒在材料内部的空间分布形式与颗粒间磁相互作用能,得到材料内部的磁能密度,继而分析出材料在准静态剪切时链倾斜角度对磁致力学行为的影响。该考虑磁性颗粒链几何分布特征的模型不仅能够退化为已有单链模型与平面模型,还可以对链具有任意倾斜角分布的三维情形予以预测与分析。通过对三维情形下具有倾斜分布磁流变弹性体的仿真分析表明,随着磁性颗粒链倾斜角度在0°~90°间增加,名义磁致模量呈现先减小后增大的趋势。此外,在外加磁场与磁性颗粒链形成特定夹角时,磁流变复合弹性体将表现出负磁致模量的特征与现象。

颗粒链取向对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响

为分析内部颗粒链与外加磁场间取向夹角对磁流变弹性体(MRE)磁致剪切模量的影响,将磁化颗粒视为磁偶极子,仅考虑同一链内磁化颗粒间相互作用,推导了MRE磁致模量的微观模型,在微观层面研究了取向角度对磁致模量的影响。制备了具有不同颗粒链取向角度的MRE试样并进行测试,结果表明微观模型预测趋势与测试结果一致。对该模型进行简化并识别其参数,得到基于参数的磁致模量模型,可预测磁致模量的实际值。

基于均匀化方法的磁流变弹性体磁致剪切行为

基于均匀化方法,分析磁流变弹性体颗粒间磁场的相互作用和基体磁场对颗粒的影响,进而研究磁流变弹性体的磁致剪切行为及磁致剪切模量.结果表明,颗粒磁导率的变化对磁流变弹性体磁致剪切行为与磁致剪切模量的影响不大;当颗粒体积分数为30%时,磁致剪切模量取得最大值,其整体变化规律与实验数据基本吻合,可预测磁流变弹性体磁致剪切行为的最佳颗粒体积分数.

承压工况下磁流变弹性体磁致剪切性能

在有场条件下制备了各向异性的磁流变弹性体,建立了剪切模式下磁流变弹性体的力学模型,设计了承压工况下磁流变弹性体剪切性能测试装置,研究了材料组分、外加磁场以及压缩应变对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响。结果表明,磁流变弹性体磁致剪切模量随磁场增强而增大;在同一磁场强度条件下,压缩应变以及磁性颗粒含量的增加均可以导致磁流变弹性体磁致剪切模量的增大;羰基铁粉型磁流变弹性体的磁致剪切模量要高于羰基镍粉型磁流变弹性体。

硅橡胶基磁流变弹性体的研制

磁流变弹性体是一种新型的智能材料,它的力学性能可以受磁场控制,在需要变刚度的器件等方面有着广泛的应用前景。本文总结了一些制备高性能磁流变弹性体的基本方法,尝试采用不同的组份制备了以硅橡胶为基体的高性能磁流变弹性体。并使用改进的动态机械分析仪来测试分析所制样品的磁致剪切储能模量和损耗因子等性能。结果表明,所制备的磁流变弹性体在600mT磁感应强度下的剪切储能模量相对变化可达到501%。

磁流变弹性体主链吸附模型

为了揭示磁流变弹性体变刚度工作机理,并为制备磁流变弹性体提供理论依据和指导,以磁偶极子理论为基础,研究分析了磁偶极子在磁场中的受力特性及不同磁场下磁流变弹性体内磁性颗粒的分布情况,并考虑颗粒链化后耦合场的影响及吸附颗粒或短链的影响,提出磁流变弹性体主链吸附模型.在一定的假设条件下,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.计算结果表明,该模型计算所得的磁致剪切模量小于传统的单链模型,并能够反映各因素对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响,其中颗粒体积比、磁场强度和剪切应变是影响磁致剪切模量变化的主要因素.

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。