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(lèi)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(guò)外加的電場(chǎng)來(lái)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(gè)世紀(jì)電流變液的研究是智能材料研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。隨著近幾年，巨電流變液的制備和機(jī)理解釋方面研究的新進(jìn)展，電流變液的研究再次成為新的熱點(diǎn)。本論文對(duì)電流變液的力學(xué)性能做了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)電流變效應(yīng)的力學(xué)響應(yīng)機(jī)理作了進(jìn)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(cè)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(chǔ)能模量和損耗模量隨應(yīng)變以及頻率的變化關(guān)系。對(duì)影響電流變液力學(xué)性能的主要因素進(jìn)行了研究，討論了顆粒體積分?jǐn)?shù)、電場(chǎng)強(qiáng)度和溫度對(duì)靜態(tài)剪切屈服應(yīng)力和動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力的影響，并研究了顆粒體積分?jǐn)?shù)、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度和振蕩頻率對(duì)儲(chǔ)能模量和損耗模量的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明：一定顆粒

3、體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，顆粒體積分?jǐn)?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(chǎng)強(qiáng)度和溫度的升高，則可以提高材料的屈服強(qiáng)度，以及材料的損耗模量和儲(chǔ)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(huì)使得模量急劇下降，應(yīng)變達(dá)到一定值可以破壞材料的結(jié)構(gòu)。 本文對(duì)力學(xué)響應(yīng)機(jī)理作了進(jìn)一步的探討，在電流變液機(jī)理研究方面，更多的是對(duì)電流變效應(yīng)定性的進(jìn)行分析，很少有給出定量的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)各要素之間的關(guān)系

4、。本文在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上以理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的方法給出了剪切應(yīng)力和振蕩剪切過(guò)程中損耗模量隨各自影響要素的半經(jīng)驗(yàn)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(chǎng)強(qiáng)度等變化參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)關(guān)系式。理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，本文剪切應(yīng)力表達(dá)式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，可以用于預(yù)測(cè)材料在靜態(tài)剪切模式下的剪切應(yīng)變，溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)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?jǐn)?shù)、振蕩頻率、溫度以及電場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)關(guān)系式。