磁流變彈性體-阻尼機理的研究與機械性能的強化.pdf

1、磁流變彈性體(MRE)是智能材料的一個分支，是一種具有新穎磁致特性的顆粒增強復合材料，是將微米級的磁性顆粒分散進聚合物基體中得到的。由于其機械性能可隨外加磁場連續(xù)、可逆的改變，且響應(yīng)時間較短(通常為毫秒級)，因而近年來，磁流變彈性體在學術(shù)界、工業(yè)界引起了極大的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于振動控制領(lǐng)域，如動力吸振器等。
　　 阻尼是決定磁流變彈性體在振動控制領(lǐng)域得以實際應(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。而目前針對磁流變彈性體的阻尼機理的研究還不透徹。本文以磁流變彈性體阻尼機理的研究為主線，分析了磁流變彈性體的阻尼機理，建立了磁流變彈性體的微觀阻尼模型，并通過理論和實驗研究，分析了磁流變材料的剛度、耐久性能，利用優(yōu)化實驗參數(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復合材料，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-機械滯后阻尼。在此基礎(chǔ)上提出了預測磁流變彈性體阻尼的微觀模型，并進行了實驗驗證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微觀模型的理論預測值和實驗結(jié)果吻合較好。此外，針對不同的阻尼來源，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。
　　 2.制備了一種新的碳化硅(SiC)增強磁流變彈性體來提高其機械性能。系統(tǒng)地評估了SiC增強型磁流變彈性體中所添加的SiC顆粒的粒徑及含量對磁流變彈性體的

4、動態(tài)特性的影響，如對剪切儲能模量，阻尼特性及磁流變效應(yīng)。研究結(jié)果表明，當SiC顆粒含量3.2 wt％，平均粒徑0.06μm時，SiC顆粒對磁流變彈性體的機械性能的增強效應(yīng)最佳。同時，根據(jù)阻尼的微觀模型分析研究了這種增強效應(yīng)的具體機理。
　　 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納米顆粒對磁流變彈性體耐久性能的增強機理。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的增強型磁流變彈性體的最大儲能模量和磁致儲能模量比未添加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結(jié)構(gòu)過程中羰基鐵粉顆粒周圍的應(yīng)力分布狀況，進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理研究及機械性能優(yōu)化，提出了磁流變彈性體的微觀阻尼模型，并通過實驗驗證了此模型可以較好的預測磁流變彈性體的阻