基于链化模型的磁流变弹性体磁致效应影响因素分析

磁流变弹性体是磁流变材料中新的一员,它是由可磁化的铁磁性颗粒和橡胶基在外加磁场下固化而成的,固化后铁磁性颗粒在基体中形成链状等有序结构,因此其力学、电学、磁学等性质可由外加磁场控制.目前限制磁流变弹性体的大规模应用的一个重要因素是其磁致效应还不能够满足工程需要,制备出具有更大磁致效应的磁流变弹性体材料是当前的紧迫任务之一.在磁流变弹性体链化模型的基础上,引入斜链夹角的正态分布,采用偶极子法从理论上分析了诸多因素对磁流变弹性体磁致效应的影响,包括颗粒链的初始倾斜角、外加磁场强度、剪应变大小等,为材料的制备和性能的优化提供理论上的帮助.     

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。     

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。     

磁流变弹性体力磁耦合本构关系的研究进展

磁流变弹性体是一类力学特性能够被外磁场可逆调控的新型智能复合材料。将微米尺寸的磁性颗粒填充到橡胶类聚合物基体中制备的磁弹体材料,其模量、阻尼和形变可以由外加磁场快速、连续、可逆改变。目前,基于动力学实验的宏观力学元素组合模型分析方法、微观偶极子力学分析和宏观连续介质力学描述成为分析磁感应多场耦合复合材料本构关系的主要方法。同时,数值模拟也成为研究磁流变材料的颗粒聚集结构演化和磁致伸缩效应的有效手段。本文侧重于介绍磁弹体智能材料力磁耦合的基本理论和研究方法,总结相关研究工作并探讨研究趋势,为磁敏类多功能材料的应用研究提供理论基础。     

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。     

基于链化模型的磁流变弹性体磁致压缩模量分析

基于链化模型的磁流变弹性体,在受到压缩形变时,基体中的颗粒链会弯曲变形,变形后相邻颗粒间的相互作用力沿压缩方向和垂直于压缩方向的分量均不同。分析了压缩模式下链弯曲对磁流变弹性体磁致压缩模量的影响。随着磁场强度和压缩应变的增大,磁流变弹性体的磁致压缩模量在压缩方向的磁致力分量和垂直于压缩方向的磁致回复力的共同作用下逐渐变大。     

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...     

船舶动力机械双层混合隔振系统非线性动力学特性研究

以船舶动力机械的安装特性为背景,提出了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩作动器作为主动隔振元件的船舶动力机械双层混合隔振系统。在第一压磁理论和Stone-Weierstrass定理的基础上,建立了该隔振系统的非线性动力学模型。通过数值仿真,研究了该系统中非线性参数与幅频特性的关系;分析了超磁致伸缩作动器的励磁电流对隔振效果的影响。     

蒙脱土对硅橡胶基磁流变弹性体性能的影响

考察蒙脱土对硅橡胶基磁流变弹性的动态力学特性和磁流变性能的影响，通过调节体系中蒙脱土的含量优化硅橡胶磁流变弹性体的综合性能。研究结果表明，当弹性体中蒙脱土的含量在4．6％时，硅橡胶基磁流变弹性体／蒙脱土复合材料的模量比纯弹性体的模量提高了近345％，硅橡胶磁流变弹性体的磁致模量达到1.76MPa，磁流变效应为63．7％。     

碳黑对磁敏高弹体力学性能的影响

磁敏高弹体也称磁流变弹性体，是一种新型的功能材料和智能材料，其力学性能可以由外加磁场来控制。制备了不同碳黑含量的磁流变弹性体，并实验研究了其磁流变效应和热稳定性，得出了碳黑对磁流变弹性体力学性能的影响。实验结果表明，制备磁流变弹性体时，向基体中添加适量的碳黑，能够增强材料的磁流变效应、降低材料的损耗因子、提高材料的热稳定性。     

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。     

Dynamic viscoelastic modeling of magnetorheological elastomers

A micromechanics-based viscoelastic constitutive model is proposed to estimate the zero-magnetic-field- and magnetic-field-dependent dynamic shear stiffness and damping behavior for magnetorheological elastomers (MREs). The effect of imperfect interfacial condition between the ferromagnetic particles and the elastomeric matrix on those properties is incorporated in the proposed model. A concept of effective volume fraction of particles is introduced to take into account the particle agglomeration in MREs. The magnetic dipole interaction is further employed to evaluate the magnetic-field-induced increase in shear stiffness of MREs. Numerical simulations are conducted and compared with experimental data to verify the proposed model.     

The Modeling of Magnetorheological Elastomers: A State-of-the-Art Review

The magnetorheological elastomers (MREs) are novel multifunctional materials wherein their viscoelastic properties can be varied instantly under an application of applied magnetic field. Due to their field-dependent stiffness and damping properties, MREs are widely used in the development and design of MRE-based adaptive vibration isolators and absorbers and also biomedical engineering. Moreover, MREs due to their inherent magnetostriction effect have enormous potential for the development of soft actuators. The dynamic behavior of MREs is affected by various material parameters (e.g., matrix and particle types, particle concentration, additives) as well as mechanical and magnetic loading parameters (e.g., frequency, amplitude, temperature, magnetic flux density). Understanding and predicting the effect of materials and loading parameters on the response behavior of MREs are of paramount importance for the design of MRE-based adaptive structures and systems. This review paper mainly aims to provide a comprehensive study of material constitutive models to predict the nonlinear magnetomechanical behavior of MREs. Particular emphasis is paid to physics-based models including continuum- and microstructure-based models. Moreover, phenomenological models describing the dynamic magnetoviscoelastic behavior of MREs as well as the effect of temperature on the magnetomechanical behavior of such materials are properly addressed.     

柱状和层状结构磁流变弹性体剪切模量的数值计算

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.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.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计算.计算结果表明,单层模型的磁流变弹性体磁致剪切模量比单链模型的预报值高约48%.在提高磁流变弹性体的磁致剪切模量方面,层状结构优于柱状结构.     

硅橡胶基磁流变弹性体制备及动态剪切性能研究

磁流变弹性体是一种新型的智能复合材料,其动态力学性能受磁场控制,可以应用于变刚度或避免共振的智能器件。在原有制备磁流变弹性体的基础上尝试采用不同的组份配比制备了以双组份室温硫化硅橡胶为基体的高性能磁流变弹性体。在0～700mT磁感应强度范围内,使用动态信号测试分析仪来测试分析所制样品的磁致动态频响函数。结果表明,在700mT磁感应强度下及羰基铁粉质量分数为75%时,所制备的磁流变弹性体的共振频率相对变化率可达到30%,具有较好的频率可控特性,同时,其动态剪切模量最大相对变化率可以达到67%,达到了磁场控制剪切模量的目的。     

磁流变弹性体力学性能测量系统的建立

磁流变弹性体的性能参数很多.其中磁流变弹性体的磁控性能部分是这种材料的主要参数.然而现在国际上对磁流变弹性体的力学性能的测量缺乏标准性.不同的测试系统得到的结果差别也很大.本文建立了一套磁流变弹性体力学性能的测试系统.使用了经过改造的,可以实现力磁耦合的DMA动态测试系统和自制的动态力学性能测试系统,能够全面分析磁流变弹性体的磁致动态力学性能;改造了具备力磁耦合功能的电子拉力机,可以测试磁流变弹性体在不同磁场强度和应变率情况下的准静态模量;并建立了传统的标准橡胶测试手段,可以对磁流变弹性体的强度、硬度、抗疲劳性和回弹性等多项机械性能进行较为完整的测量.这一系列测试系统的建立,为磁流变弹性体的性能测试提供了较为全面的评估体系,为磁流变弹性体的性能突破和实用化研究打下了基础.     

磁流变弹性体压缩模式动态力学性能测试

磁流变弹性体是一种新型的磁流变材料,已被成功地应用于变刚度器件设计中。为了评价磁流变弹性体材料性能,迫切需要建立一套磁流变弹性体性能测试系统。利用电磁振动台的线性扫频功能,采用激光位移传感器同步获取测试系统在不同磁感应强度下测试系统的激励与响应信号,通过系统的运动力学模型和相关理论计算,实现压缩模式下的磁流变弹性体刚度与阻尼性能的测试。该测试系统的建立为研制高性能的磁流变弹性体提供了动态压缩模式下的评价手段。     

Magnetorheology of single-walled nanotube dispersions

Stable homogeneous aqueous colloidal dispersion of single-wall carbon nanotubes (SWNTs) was prepared by using sodium salt dodecylbenzene sulfateas dispersing agent. Both strain amplitude and frequency sweep modes were employed to investigate the effect of magnetic fields on their viscoelastic properties by using a parallel-plate rheometer. The experimental results demonstrated that such materials exhibit magnetorheology, whose storage modulus and loss modulus show an increasing trend with magnetic field. The network microstructure was employed to explain the effect of magnet field on the magnetorheological properties. In addition, these results are expected to develop novel SWNT based magnetorheological fluids.