磁流变弹性体力学性能的数值计算

摘要

磁流变弹性体是由铁磁性颗粒混合于高聚物(如橡胶等)中，在外加磁场作用下固化。固化过程中由于磁流变效应，颗粒在高聚物载体中形成链状、柱状或层状有序结构。固化后这种有序结构仍然根植在高聚物载体中。这种新型材料的力学性能可由外加磁场控制。 本文第一章首先回顾了磁流变材料的研究历史、研究现状以及其应用。重点讨论了国内外在磁流变弹性体研究方面的最新进展，概述了磁流变弹性体的实验制备、实验测试、应用研究。 第二章则对磁流变弹性体的两个重要组成部分：高聚物基体和铁磁性颗粒的性质进行了分析。对铁磁性颗粒特别是羰基铁粉的磁学特性作了介绍，对高聚物材料的粘弹性和高弹性以及超弹性本构模型作了介绍。 在第三章中，介绍了目前磁流变弹性体的偶极子模型及其修正方法。接着在高磁场情况下，对偶极子理论的适用性进行了探讨，并定性研究了颗粒的形状对磁场引起的磁流变弹性体附加剪切模量的影响。从颗粒间的磁相互作用能出发，考虑了链内颗粒和相邻链中颗粒的影响，修正了磁流变弹性体的磁偶极子模型，计算了磁场引起的磁流变弹性体磁致剪切模量。构建了体心立方结构和简单立方结构计算模型，分别考虑了柱和层状聚集结构的大小以及其间距，对含柱状结构和层状结构的磁流变弹性体的力学性能进行了比较。提出了几种制备含层状颗粒聚集结构磁流变弹性体的方法，为磁流变弹性体的优化设计提供新的思路。 在第四章中，介绍了磁流变弹性体无磁场下力学性能的有限元计算方法，应用磁场有限元法，考虑了颗粒的磁化饱和过程和非线性磁化过程，对于链状有序结构的磁流变弹性体，在链状方向的外加磁场作用下，分析了磁场在磁流变弹性体中的分布。研究了在不同磁场大小、不同颗粒体积比浓度下磁流变弹性体在成链方向的相对磁导率，并与实验结果进行了比较。利用Maxwell应力张量，计算了磁流变弹性体的磁致剪切模量。分析了颗粒体积比浓度、外加磁场对磁流变弹性体的磁致剪切模量的影响。研究了颗粒为旋转椭球形状时，颗粒的放置方式和其长短轴之比对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响，最后介绍了磁流变弹性体理论计算中的其他几种思路。 本文主要探讨磁流变弹性体的力学性能可由磁场控制的机理，为提高磁流变弹性体磁致粘弹性提供理论指导。当然这些工作是很初步的，需要进一步的改进与完善。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 磁流变材料概述

第二章 颗粒和基体的性质

第三章 磁流变弹性体的磁偶极子理论

第四章 磁流变弹性体的有限元计算方法

第五章总结和展望

参考文献

硕士期间发表的论文和成果