樹脂基磁致伸縮復合材料及其智能阻尼器.pdf

1、樹脂粘結(jié)Terfenol-D顆粒形成的樹脂基超磁致伸縮復合材料與Terfenol-D相比具有渦流損耗低，使用頻率寬，抗拉強度高，可加工性好，成本低等優(yōu)點。本文主要從性能理論預測、制備工藝改進、不同工藝因素作用機理分析、性能影響因素實驗分析、在土木工程中的應(yīng)用等五個方面對樹脂基磁致伸縮復合材料展開研究。
　　首先，在考慮退磁場效應(yīng)的前提下，采用復合材料細觀力學等效夾雜理論，建立磁致伸縮復合材料的理論模型，研究顆粒形狀、含量及基體彈性

2、模量對磁致伸縮復合材料磁致伸縮性能及彈性模量的影響，以及磁致伸縮系數(shù)及彈性模量與磁場強度的關(guān)系。結(jié)果表明，磁致伸縮復合材料的飽和磁致伸縮應(yīng)變隨顆粒含量、縱橫比的增大而增大，隨基體彈模的增大而減?。粡椥阅Ａ侩S顆粒含量、顆粒縱橫比、基體彈模的增大而增大；飽和磁場強度隨顆粒含量減小或顆?？v橫比減小而增大；顆粒含量越大、縱橫比越大，磁致伸縮應(yīng)變隨磁場強度的變化越快；彈性模量隨磁場強度的增大而增大，其影響程度在顆粒體積含量和顆粒縱橫比較大時尤為顯

3、著。
　　其次，針對樹脂基磁致伸縮復合材料已有制備工藝中的問題，根據(jù)不飽和聚酯樹脂低粘度的特性，對已有工藝進行了改進，即先采用超聲振蕩法使顆粒均勻分散在基體材料中，然后在混合體系樹脂凝膠過程中通過電磁場系統(tǒng)施加可調(diào)節(jié)的強磁場，待凝膠后再將復合體系置于高溫條件下固化。實驗對比證明，采用改進工藝制備的不飽和聚酯樹脂基磁致伸縮復合材料具有顆粒分散均勻、磁致伸縮性能高等優(yōu)點。
　　繼而，對制備工藝流程中影響最終樹脂基磁致伸縮復合材料

4、性能的因素進行了討論。結(jié)果表明，制備過程中顆粒分散方法，凝膠過程中取向磁場強度，最后的固化溫度等對樹脂基磁致伸縮復合材料的性能具有顯著的影響。
　　接著，通過實驗對取向磁場強度、顆粒含量、顆粒粒度分布、固化溫度、基體種類以及摻雜其它顆粒對磁致伸縮復合材料各性能參數(shù)的影響進行了討論分析。結(jié)果表明，磁致伸縮復合材料磁致伸縮性能、磁機械耦合系數(shù)以及彈性模量、抗壓強度等性能參數(shù)均隨凝膠過程中取向磁場強度的增加而提高，對不同顆粒含量的復合材

5、料存在著不同的取向磁場強度的臨界值；磁致伸縮復合材料動靜態(tài)磁致伸縮系數(shù)、磁導率及彈性模量隨顆粒含量增大而提高；采用窄分布顆粒制備的磁致伸縮復合材料，其動靜態(tài)磁致伸縮系數(shù)隨顆粒平均粒徑增大而先增大后減小，而采用寬分布的顆粒所制備的試樣其磁致伸縮系數(shù)大于所有采用窄分布顆粒所制備的試樣；在固化溫度小于臨界固化溫度時，磁致伸縮復合材料的磁致伸縮性能隨固化溫度的升高而升高，當固化溫度超過臨界溫度時，磁致伸縮復合材料的性能開始下降；相同條件下制備的

6、不飽和聚酯樹脂基磁致伸縮復合材料與環(huán)氧基磁致伸縮復合材料相比，各性能參數(shù)均略有下降；摻雜羰基鐵粉在提高磁致伸縮復合材料磁導率的同時降低了其磁致伸縮性能，而摻雜納米SiO2可以提高樹脂基磁致伸縮復合材料的力學性能及低磁場下的磁致伸縮性能。
　　此外，本文還通過實驗研究了磁流變彈性體(MRE)的磁致伸縮性能。結(jié)果表明，由于羰基鐵粉顆粒與硅橡膠基體的相互作用，MRE也具有一定的磁致伸縮效應(yīng)，其磁致伸縮系數(shù)隨顆粒含量的增大而增大；在粒子含

7、量相同時，MRE的飽和磁致伸縮量隨垂直于磁場方向的顆粒所占比重的增大而增大；實驗中測得的最大飽和磁致伸縮量與壓電陶瓷材料的壓電變形量相當，較Terfenol-D的磁致伸縮效應(yīng)小1個數(shù)量級；MRE的磁致伸縮性能不穩(wěn)定，其飽和磁致伸縮系數(shù)及殘余磁致應(yīng)變隨加卸磁場次數(shù)增加而逐次減小。
　　最后，設(shè)計了一款基于環(huán)氧基磁致伸縮復合材料的半主動摩擦阻尼器。小尺寸實驗研究表明，以磁致伸縮復合材料棒材為驅(qū)動材料的阻尼器耗能性能良好，且性價比較其它