鈦酸鈣系電流變液的力學性能研究.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。電流變液力學性能可控性使得其具有廣泛的工業(yè)應用前景，近半個世紀電流變液的研究是智能材料研究領域的一個重要課題。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性能做了系統(tǒng)的實驗研究，對電流變效應的力學響應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)剪切模式下的應力應變響應，連續(xù)剪切模式下應力隨剪切速率的變化關系，振蕩剪切模式下儲能模量和損耗模量隨應變以及頻率的變化關系。對影響電流變液力學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)剪切屈服應力和動態(tài)剪切應力的影響，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力和模量都相應增大：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。而剪切應變的增加會使得模量急劇下降，應變達到一定值可以破壞材料的結構。 本文對力學響應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定性的進行分析，很少有給出定量的數(shù)學關系式表達各要素之間的關系

4、。本文在大量實驗的基礎上以理論推導和實驗數(shù)據(jù)擬合的方法給出了剪切應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)學關系式。一方面本文得到了剪切應力隨剪切應變、溫度以及電場強度等變化參數(shù)的半經(jīng)驗數(shù)學關系式。理論值與實驗結果的對比表明，本文剪切應力表達式與實驗結果符合較好，可以用于預測材料在靜態(tài)剪切模式下的剪切應變，溫度和電場強度對剪切應力的影響。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)學關系式。