硅橡胶基磁流变弹性体性能试验及力学模型研究

摘要

磁流变弹性体是近十年来新出现的一种新型智能材料，其力学性能可随外磁场的改变而快速连续的变化。由于磁流变弹性体能够克服磁流变液易沉降、稳定性差的问题，因而它具有广阔的应用前景。目前，已有研究者基于磁流变弹性体刚度可控这一特性设计了动力吸振器、智能隔震支座等一系列振动控制装置，但距离磁流变弹性体装置进一步成熟化和商业化还有一定差距，主要表现为:一方面，磁流变弹性体的磁致效应有待进一步提高;另一方面，描述磁流变弹性体微观和宏观力学性能的数学模型须进一步完善以适于工程设计和仿真的要求。本文以硅橡胶基磁流变弹性体为研究对象，围绕制备工艺、性能试验和力学模型对其展开了深入研究。本文的主要研究内容如下:
　　1)基于课题组长期对粘弹性材料的研究，制备了硅橡胶基磁流变弹性体;
　　2)对磁流变弹性体试样进行了力学性能测试，分析了外加磁场强度、激励频率、位移幅值以及铁粉含量对磁流变弹性体力学性能的影响;
　　3)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，假设相邻铁磁颗粒的间距满足卡方分布，提出了基于卡方分布的磁偶极子模型，并推导了磁致剪切模量的表达式。基于所提微观物理模型，结合一般粘弹性材料力学模型，提出了改进的宏观力学参数模型。将模型计算结果与试验数据进行对比，验证了该模型的有效性。
　　本文的创新之处在于:
　　1)提出了以固体硅橡胶为基体材料的磁流变弹性体制备方案，所制备的磁流变弹性体磁致效应显著;
　　2)提出了可以精确反映各因素对磁流变弹性体磁致效应影响规律的微观物理模型，该模型弥补了经典模型“均匀分布”假设的不足且形式简单，适于工程应用;
　　3)基于Kraus模型，提出了可以考虑磁流变弹性体Payne效应的改进的分数阶导数模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 磁流变弹性体研究概述

1．2．1 磁流变弹性体制备工艺

1．2．2 磁流变弹性体性能试验

1．2．3 磁流变弹性体力学模型

1．2．4 磁流变弹性体应用

1．3 本文主要研究意义及内容

1．3．1 问题的提出

1．3．2 研究目的及意义

1．3．3 研究内容

第二章 硅橡胶基磁流变弹性体的制备

2．1 磁流变弹性体材料选取

2．1．1 基体材料

2．1．2 磁性颗粒

2．1．3 配合体系

2．2 磁流变弹性体制备

2．2．1 试验设备

2．2．2 制备方案

2．2．3 制备过程

2．3 本章小结

第三章 硅橡胶基磁洼变弹性体力学性能试验

3．1 磁流变弹性体准静态力学性能试验

3．1．1 试验概况

3．1．2 试验结果分析

3．2 磁流变弹性体动态力学性能试验

3．2．1 试验概况

3．2．2 测试原理

3．3 磁流变弹性体动态力学性能测试结果与分析

3．3．1 外加磁场强度

3．3．2 激励频率

3．3．3 位移幅值

3．3．4 铁粉含量

3．4 本章小结

第四章 磁流变弹性体力学模型

4．1 磁流变弹性体微观物理模型

4．1．1 磁流变弹性体常见模型分析

4．1．2 磁流变弹性体基于卡方分布的磁偶极子模型

4．1．3 磁致效应影响因素分析

4．2 磁流变弹性体宏观力学参数模型

4．2．1 磁流变弹性体准静态力学模型

4．2．2 磁流变弹性体动态力学模型

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文