基于磁流变液的阻抗准周期结构的振动传递特性研究

摘要

磁流变液是一种智能材料，属于复杂流体的范畴。在磁场作用下，磁流变液内部的颗粒将由自由分布形态变为沿磁场方向的有序状态。这种结构变化导致磁流变液的物理特性（如流变特性、阻尼力和阻抗等）也随之改变，并且此过程可逆。通过研究表明，调节外部磁场可使磁流变液表现出可控性，因此在振动智能控制领域磁流变液具有广阔的应用前景。
　　本文基于磁流变液在磁场作用下阻抗连续并且可调的特性，构建了四种磁流变液阻抗准周期结构，并通过理论建模、数值仿真和实验测试，研究了弹性波在四种准周期结构中的传递特性。
　　本文主要进行了以下工作：
　　首先，通过分析磁流变液的内部结构，针对磁流变液固液两相形态转变问题，采用Biot理论研究了弹性波在磁流变液介质中的传递特性。并利用Matlab软件数值分析了磁场强度和孔隙度对弹性波传递特性的影响。结果表明，增大磁场强度和磁流变液的孔隙度均使磁流变液对弹性波的衰减作用增强。
　　其次，为了便于分析准周期结构的传递特性，构建了零场和磁场作用时磁流变液的等效传递模型。以逆品质因子为评价指标，通过与Biot模型进行对比验证了等效传递模型的可行性。随后，基于等效传递模型，结合弹性动力学和分层离散化等理论，推导了准周期结构基本单元（阻抗均匀和阻抗连续变化的磁流变液）的传递矩阵。
　　然后，基于准周期结构基本单元的传递矩阵，分别构建了 Fibonacci、Cantor、Thue-Morse和Double-periodic准周期结构的传递模型，并利用Matlab对其传递特性进行了数值分析。结果表明，四种准周期结构对弹性波的衰减作用均随频率和磁场强度的增加而增强；与零场时的磁流变液结构相比，准周期结构对弹性波的衰减效果较好。
　　最后，搭建了基于磁流变液的阻抗准周期结构实验台，以振级落差为评价指标，对磁流变液构成的Fibonacci、Cantor、Thue-Morse和Double-periodic准周期结构中弹性波的传递特性进行了实验研究。实验结果表明，四种准周期结构对弹性波的衰减作用均随磁场强度和频率的增加而增强；在厚度和磁场强度相同时，Thue-Morse准周期结构的振动衰减效果最好。实验结果与理论计算结果基本吻合，验证了理论模型的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 现有研究中存在的问题

1.4 论文主要研究内容

第2章 磁流变液及其振动传递特性

2.1 磁流变液

2.2 基于Biot理论的磁流变液的振动传递特性研究

2.3 磁流变液的振动传递性能的数值计算

2.4 本章小结

第3章 磁流变液构成的准周期结构基本单元建模

3.1 磁流变液构成的准周期结构分析

3.2 磁流变液的等效传递模型以及与Biot模型的对比

3.3 阻抗均匀的磁流变液的传递矩阵

3.4 阻抗连续变化的磁流变液的传递矩阵

3.5 本章小结

第4章 磁流变液构成的准周期结构的传递特性

4.1 磁流变液构成的Fibonacci准周期结构的传递特性

4.2 磁流变液构成的Cantor准周期结构的传递特性

4.3 磁流变液构成的Thue-Morse准周期的传递特性

4.4 磁流变液构成的Double-periodic准周期结构的传递特性

4.5 本章小结

第5章 阻抗准周期分布结构的实验研究

5.1 实验原理

5.2 实验台总体设计

5.3 实验样品和实验方法

5.4 磁流变液构成的阻抗准周期结构的实验研究

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢