磁流變彈性體-阻尼機(jī)理的研究與機(jī)械性能的強(qiáng)化.pdf

1、磁流變彈性體(MRE)是智能材料的一個(gè)分支，是一種具有新穎磁致特性的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，是將微米級(jí)的磁性顆粒分散進(jìn)聚合物基體中得到的。由于其機(jī)械性能可隨外加磁場(chǎng)連續(xù)、可逆的改變，且響應(yīng)時(shí)間較短(通常為毫秒級(jí))，因而近年來，磁流變彈性體在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界引起了極大的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于振動(dòng)控制領(lǐng)域，如動(dòng)力吸振器等。
　　 阻尼是決定磁流變彈性體在振動(dòng)控制領(lǐng)域得以實(shí)際應(yīng)用的重要參數(shù)。系統(tǒng)地研究磁流變彈性體阻尼的來源與作用機(jī)理是決定磁流變彈

2、性體能廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。而目前針對(duì)磁流變彈性體的阻尼機(jī)理的研究還不透徹。本文以磁流變彈性體阻尼機(jī)理的研究為主線，分析了磁流變彈性體的阻尼機(jī)理，建立了磁流變彈性體的微觀阻尼模型，并通過理論和實(shí)驗(yàn)研究，分析了磁流變材料的剛度、耐久性能，利用優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)來提高磁流變彈性體的制備工藝。具體內(nèi)容如下:
　　 1.鑒于磁流變彈性體屬于顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，本文將磁流變彈性體的阻尼分為非磁性阻尼和磁性阻尼。其中，非磁性阻尼主要由本征阻尼和界面阻尼構(gòu)

3、成，磁性阻尼主要為磁-機(jī)械滯后阻尼。在此基礎(chǔ)上提出了預(yù)測(cè)磁流變彈性體阻尼的微觀模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微觀模型的理論預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。此外，針對(duì)不同的阻尼來源，討論了影響磁流變彈性體阻尼的參數(shù)，并得到了各參數(shù)和總體阻尼的定量關(guān)系，為工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　 2.制備了一種新的碳化硅(SiC)增強(qiáng)磁流變彈性體來提高其機(jī)械性能。系統(tǒng)地評(píng)估了SiC增強(qiáng)型磁流變彈性體中所添加的SiC顆粒的粒徑及含量對(duì)磁流變彈性體的

4、動(dòng)態(tài)特性的影響，如對(duì)剪切儲(chǔ)能模量，阻尼特性及磁流變效應(yīng)。研究結(jié)果表明，當(dāng)SiC顆粒含量3.2 wt％，平均粒徑0.06μm時(shí)，SiC顆粒對(duì)磁流變彈性體的機(jī)械性能的增強(qiáng)效應(yīng)最佳。同時(shí)，根據(jù)阻尼的微觀模型分析研究了這種增強(qiáng)效應(yīng)的具體機(jī)理。
　　 3.在上述工作基礎(chǔ)上，通過添加60 nm SiC納米顆粒提高磁流變彈性體的耐久性能，分析了SiC納米顆粒對(duì)磁流變彈性體耐久性能的增強(qiáng)機(jī)理。與傳統(tǒng)磁流變彈性體相比，摻加SiC顆粒的磁流變彈性體

5、的耐久性能得到了顯著的提高。在相同的加載周期下，添加4 wt％的SiC的增強(qiáng)型磁流變彈性體的最大儲(chǔ)能模量和磁致儲(chǔ)能模量比未添加SiC的傳統(tǒng)磁流變彈性體分別大1.1和1.3倍。結(jié)果表明，SiC納米顆粒的引入可以改變預(yù)結(jié)構(gòu)過程中羰基鐵粉顆粒周圍的應(yīng)力分布狀況，進(jìn)而改變磁流變彈性體的微觀結(jié)構(gòu)。
　　 本文致力于磁流變彈性體阻尼機(jī)理研究及機(jī)械性能優(yōu)化，提出了磁流變彈性體的微觀阻尼模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此模型可以較好的預(yù)測(cè)磁流變彈性體的阻