磁流变弹性体磁致模量与磁粉颗粒复杂网络分形的关联性分析

现阶段磁流变弹性体的本构关系的研究依然是个很大的难点。本文考虑不同加载条件下磁流变弹性体的磁致力学性能,引入复杂网络分形理论,考察磁流变弹性体磁性颗粒复杂网络的分形特征与磁流变弹性体的磁致力学性能的一般规律。结果表明,磁流变橡胶的磁致模量峰值的出现与磁性颗粒网络的分形维数有关,与磁场强度大小无关。

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。

天然橡胶基磁流变弹性体的研制与表征

磁流变弹性体又称磁敏高弹体,是一种由高分子聚合物和磁性颗粒构成的新型智能材料,它的力学、电学、磁学等诸性能可以由外加磁场来控制,因此磁流变弹性体在舰船、振动控制等领域具有广泛的应用前景。但目前国际上研制的磁流变弹性体存在机械性能不够好和磁致效应不够强的问题,这制约了基于磁流变弹性体器件的设计和应用。为了制备出实用型磁流变弹性体,本文对其制备条件进行了研究,包括基体类型、预结构化时磁场强度和温度、增塑剂和磁性颗粒含量对磁流变弹性体磁致效应的影响。结果表明,以天然橡胶为基体的磁流变弹性体,在高于600mT外加磁感应强度下,当磁性颗粒含量为80%(质量比)时,剪切模量的相对增量达33%;而当磁性颗粒含量为90%时,剪切模量的绝对增量达4.5MPa。本文还对磁流变弹性体应用环境进行了实验研究,结果表明磁流变弹性体在小应变下显示出更强的磁致效应,而激励频率不改变材料的磁致模量。

磁流变弹性体的研究现状及工程应用

磁流变弹性体是一种新型磁流变材料,其特点是流变性能可控并且可逆,响应时间短,具有广阔的应用前景。综述了磁流变弹性体的研究现状,介绍了磁流变弹性体力学模型、磁致力学性能和工程应用,提出今后应深入研究的几个问题。

羰基铁粉的C含量对磁流变弹性体磁流变效应的影响

磁流变弹性体是磁流变液的一种固体模拟,目前的磁流变弹性体普遍存在磁流变效应不高的问题,限制了它在工程上的应用。针对羰基铁粉中C元素含量对羰基铁粉最大磁导率的影响,从而研究羰基铁粉C含量对磁流变弹性体磁流变效应的影响。采用硅橡胶为基体和具有不同C含量的羰基铁粉制备同组分磁流变弹性体,通过改进的动态机械分析仪来测试所制备样品的磁致模量,最后的实验数据分析结果表明,羰基铁粉的C含量越低,所制备的磁流变弹性体的磁流变效应越高。

频率与温度对不同橡胶基磁流变弹性体的影响

磁流变弹性体(MREs)作为一种新型智能磁敏材料的一个分支,能够感应外加磁场,并做出力学响应,在汽车减震,飞机、高铁、武器等军事和民用领域有广泛的应用前景,然而MREs不良的机械性能和较低的磁流变效应制约了其工程方面的应用。从该问题出发,使用羰基铁粉(CIP)填充氯丁橡胶和顺丁橡胶,制备了氯丁橡胶基和顺丁橡胶基MREs,讨论了橡胶基体种类和使用工况(振动频率、温度等)对MREs性能的影响,以便更好进行智能控制。结果发现,氯丁橡胶基MREs比顺丁橡胶基MREs有着更好的磁流变效应。频率的增大使得氯丁橡胶基MREs硫化胶磁致模量和相对磁流变效应增大,而顺丁橡胶基MREs则相反;温度的升高降低了氯丁橡胶基MREs硫化胶的零场模量和磁致模量,但是提高了其相对磁流变效应。

磁流变弹性体的动态压缩性能

制备了聚氨酯基磁流变弹性体,并构建了一种压缩性能的实验装置,对磁流变弹性体的动态压缩性能进行了系统的研究。采用激振的方法,建立了磁流变弹性体的动态力学性能的理论模型,提出了磁流变效应的计算方法。分别研究了预压缩、激励振幅、激励频率、外加磁场对磁流变效应的影响。结果表明,磁流变弹性体的磁流变效应随着外加磁场、激励振幅的增加而增大,激励频率的变化对磁流变效应影响不大。随着预压缩量的增大,磁流变弹性体的磁流变效应急剧减小。

PVC基磁流变弹性体的制备及性能表征

制备了以聚氯乙烯(PVC)糊树脂为基体的磁流变弹性体(MRE);研究了其静态力学性能、动态力学性能、SEM形貌和热降解性能。实验结果表明:PVC基磁流变弹性体的断裂强度随铁粉含量呈现出先上升后下降的趋势,磁致模量、相对磁流变效应和损耗因子均随铁粉含量的增加而增大,损耗因子几乎不依赖于磁场强度。当铁粉质量分数为80%时,最大磁致模量为1.06 MPa,损耗因子最大为0.35。TGA结果说明:随着铁粉含量的增加,PVC基MRE的热降解趋势增强。

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。

基于分数阶导数的磁流变弹性体参数模型

磁流变弹性体宏观力学行为是基体粘弹性和磁致模量变化的综合反映,建立能够准确模拟其力学特性的参数模型是设计磁流变弹性体装置所必需的。因此,该文利用建立粘弹性材料参数模型的VFD(粘弹性分数阶导数)元件及弹簧元件与表述磁致效应的非线性弹簧元件,建立了磁流变弹性体的磁致粘弹性参数模型,分析了频率、磁场强度和分数阶数对该模型动态性能的影响,结果表明该模型能够反映磁流变弹性体磁致效应对其力学性能的影响,且该模型仅需少量参数就能在较宽频率范围内更好地模拟真实的试验性能。