鈦酸鈣系電流變液的力學(xué)性能研究.pdf

1、電流變液是一類智能材料，一般由納米到微米尺度的介電顆粒與絕緣的基體組成，它的流變特性能夠通過外加的電場來控制。電流變液力學(xué)性能可控性使得其具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景，近半個世紀電流變液的研究是智能材料研究領(lǐng)域的一個重要課題。隨著近幾年，巨電流變液的制備和機理解釋方面研究的新進展，電流變液的研究再次成為新的熱點。本論文對電流變液的力學(xué)性能做了系統(tǒng)的實驗研究，對電流變效應(yīng)的力學(xué)響應(yīng)機理作了進行了探討。 本文首先采用草酸共沉淀法制備了鈦酸

2、鈣顆粒，分散于硅油中得到一組性能優(yōu)良的電流變液。使用流變儀表征了電流變液流變性能的主要參數(shù)，測試了靜態(tài)剪切模式下的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，連續(xù)剪切模式下應(yīng)力隨剪切速率的變化關(guān)系，振蕩剪切模式下儲能模量和損耗模量隨應(yīng)變以及頻率的變化關(guān)系。對影響電流變液力學(xué)性能的主要因素進行了研究，討論了顆粒體積分數(shù)、電場強度和溫度對靜態(tài)剪切屈服應(yīng)力和動態(tài)剪切應(yīng)力的影響，并研究了顆粒體積分數(shù)、電場強度、溫度和振蕩頻率對儲能模量和損耗模量的影響。實驗研究表明：一定顆粒

3、體積分數(shù)范圍內(nèi)，顆粒體積分數(shù)的增大使得材料在各模式下應(yīng)力和模量都相應(yīng)增大：電場強度和溫度的升高，則可以提高材料的屈服強度，以及材料的損耗模量和儲能模量。在震蕩剪切中由于頻率的增加可以增加摩擦，從而使材料的損耗模量增加。而剪切應(yīng)變的增加會使得模量急劇下降，應(yīng)變達到一定值可以破壞材料的結(jié)構(gòu)。 本文對力學(xué)響應(yīng)機理作了進一步的探討，在電流變液機理研究方面，更多的是對電流變效應(yīng)定性的進行分析，很少有給出定量的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達各要素之間的關(guān)系

4、。本文在大量實驗的基礎(chǔ)上以理論推導(dǎo)和實驗數(shù)據(jù)擬合的方法給出了剪切應(yīng)力和振蕩剪切過程中損耗模量隨各自影響要素的半經(jīng)驗數(shù)學(xué)關(guān)系式。一方面本文得到了剪切應(yīng)力隨剪切應(yīng)變、溫度以及電場強度等變化參數(shù)的半經(jīng)驗數(shù)學(xué)關(guān)系式。理論值與實驗結(jié)果的對比表明，本文剪切應(yīng)力表達式與實驗結(jié)果符合較好，可以用于預(yù)測材料在靜態(tài)剪切模式下的剪切應(yīng)變，溫度和電場強度對剪切應(yīng)力的影響。另一方面給出了損耗模量與顆粒體積分數(shù)、振蕩頻率、溫度以及電場強度等參數(shù)的半經(jīng)驗數(shù)學(xué)關(guān)系式。