電流變液微觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析及動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、電流變液作為一種智能材料,以其獨(dú)特的流變特性受到了許多科研工作者的關(guān)注,并且在工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。許多科研工作者都指出了電流變液的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)影響其力學(xué)特性,但是,都沒有發(fā)現(xiàn)在電流變響應(yīng)過程中存在結(jié)構(gòu)-力的動(dòng)態(tài)耦合。本課題來源于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51075345),本文是以電流變液的微觀結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,主要是從理論分析和動(dòng)力學(xué)仿真的角度來展開研究的。
　　研究的主要內(nèi)容如下:
　　首先,采用點(diǎn)偶極子模型,并假設(shè)

2、電流變液顆粒是球形的,計(jì)算體心四方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和六角密堆結(jié)構(gòu)的勢(shì)能,分析得出電流變液固化后形成的微觀結(jié)構(gòu)的基態(tài)是體心四方結(jié)構(gòu)。同時(shí),用統(tǒng)計(jì)的方法研究電流變液的相變,得出了電流變液發(fā)生相變時(shí)的臨界電場(chǎng)和臨界溫度。
　　其次,根據(jù)電流變液在外電場(chǎng)作用下,顆粒極化后形成鏈的微觀結(jié)構(gòu)的原理,并基于顆粒之間的作用力及電磁學(xué)理論,建立了電流變液微觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型。通過電流變液微觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型計(jì)算了不同大小的顆粒、電場(chǎng)強(qiáng)度和顆粒的體積分

3、率對(duì)剪切屈服應(yīng)力的影響,并分析了剪切屈服應(yīng)力與應(yīng)變的響應(yīng)特性。
　　最后,通過電流變液極化理論,推導(dǎo)了電流變液顆粒在Poiseuille流場(chǎng)下的無量綱動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)而采用周期性邊界條件,仿真了電流變液在相同外電場(chǎng)作用下,其微觀結(jié)構(gòu)的變化情況,并建立了電流變液微觀結(jié)構(gòu)的變化相圖。而且,仿真了電流變液在三個(gè)不同的外電場(chǎng)作用下,電流變液微觀結(jié)構(gòu)的最終狀態(tài)圖,以及序參量和表觀粘度隨時(shí)間變化的情況。仿真結(jié)果表明:電流變液微觀結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其力