磁流變體的力學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、論文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值計(jì)算的方法，從宏觀和微觀方面系統(tǒng)研究磁流變體的力學(xué)機(jī)理及一系列相關(guān)重要問題。以磁流變體在外加磁場(chǎng)作用下的磁流變效應(yīng)為線索，詳細(xì)研究了磁流變體的流變特性、磁流變效應(yīng)的特征以及影響磁流變效應(yīng)的主要因素，磁流變流體的力學(xué)行為，研究的主要內(nèi)容如下： 1.應(yīng)用電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)的基本理論，采用機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理和實(shí)驗(yàn)力學(xué)的測(cè)試方法，自行研制了一套測(cè)試磁流變體流變特性的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)，其性能穩(wěn)定，最大可

2、測(cè)剪切應(yīng)力值為160kPa，磁場(chǎng)可調(diào)范圍為0-6kGs，磁場(chǎng)均勻，剪切率可調(diào)范圍為0-360rod/s，同時(shí)，壁面采用高磁導(dǎo)率材料，避免了測(cè)量中出現(xiàn)壁面滑移。 2.采用實(shí)驗(yàn)方法，研究了磁流變體的力學(xué)性能和磁學(xué)性能。研究表明，外加磁場(chǎng)強(qiáng)度是影響磁流變體的力學(xué)性能主要因素，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁流變體的粘度、屈服應(yīng)力隨之增大，在磁場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，粘度隨剪應(yīng)變率的增大而減小，屈服應(yīng)力幾乎不隨剪應(yīng)變率變化。磁流變體中磁性粒子的磁學(xué)性能，是

3、影響磁流變體磁學(xué)性能的決定因素，它的磁化率和相對(duì)磁導(dǎo)率不是恒量，隨磁介質(zhì)所在的磁場(chǎng)矢量而變化。 3.利用實(shí)驗(yàn)方法，系統(tǒng)和詳細(xì)地討論了磁流變效應(yīng)的特征、影響因素以及機(jī)理。研究表明，磁流變效應(yīng)取決于外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁性固體粒子的磁化率、直徑大小以及體積百分率、添加劑以及配制工藝等主要因素。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，磁流變體的應(yīng)力響應(yīng)隨之增加；當(dāng)固體粒子體積百分率增大時(shí)應(yīng)力響應(yīng)也隨之增大；當(dāng)固體粒子的直徑增加應(yīng)力響應(yīng)也隨之增加，然而添加劑和配

4、制工藝對(duì)磁流變效應(yīng)的影響是不可忽略的因素。磁流變效應(yīng)是磁流變體在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的一種極化效應(yīng)，這種效應(yīng)包括：固體粒子自身的內(nèi)部極化，基液的極化以及固體粒子表面和基液分界處的界面極化，其中固體粒子自身的內(nèi)部極化是磁流變效應(yīng)的主要因素。磁流變體在外加磁場(chǎng)作用下，固體粒子極化后沿磁場(chǎng)方向取向排列，形成一種穩(wěn)定的鏈狀結(jié)構(gòu)，使其具有抵抗剪切變形的能力，這是磁流變效應(yīng)的關(guān)鍵。 4.應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本概念，利用內(nèi)蘊(yùn)時(shí)本構(gòu)理論，基于一種簡單

5、的機(jī)械模型，在塑性不可壓、小變溫假設(shè)的基礎(chǔ)上，考慮磁場(chǎng)強(qiáng)度、固體粒子大小以及體積百分率對(duì)磁流變體流變性能的影響，提出了一種描述磁流變體的現(xiàn)象學(xué)模型，對(duì)磁流變體在純剪切應(yīng)變作用下的響應(yīng)進(jìn)行了分析，得到了在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度、不同百分率下材料的宏觀響應(yīng)特性，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本一致。 5.從磁流變流體在磁場(chǎng)作用下的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用微觀質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)模型，運(yùn)用固體物理學(xué)和磁性物理學(xué)的基本理論，分析了磁流變體在外加磁場(chǎng)作用下，固體粒子極化成鏈后，粒