磁流變彈性體的力電磁耦合特性研究.pdf

1、磁流變彈性體(MRE)是一種智能材料，類似于其他磁流變材料，它同樣是通過將鐵磁性顆粒分散到載體中制得。不同的是，MRE是用橡膠類的固態(tài)基體來代替液體或者膠體等其他基體，因此具有性能穩(wěn)定、彈性模量高等優(yōu)勢。當外部磁場施加到MRE上時，其機械性能響應可以得到快速并且可逆的精確控制。由于這種獨特的磁流變行為，MRE在振動控制，建筑結構，降噪等領域具有廣泛的應用。
　　MRE的微觀結構，特別是方向、直徑、鏈的長度以及顆粒和基體之間的界面，

2、都對其力學行為起著至關重要的作用。但是，力學行為表現(xiàn)往往相對于微觀結構變化有著滯后性。實際應用中往往通過力學性能評估材料的壽命，但是這種方法并不是實時的，并且在測試期間還會損壞MRE的微觀結構?？紤]到導電的鐵顆粒是MRE最常用的鐵磁性顆粒，因此MRE具有典型的導電高分子復合材料的壓電特性，電學性能對外部刺激引起的結構變化十分敏感。除此之外，MRE疲勞引起的微觀結構破損等問題也能通過對電學性能的測試表征反映出來。因此，本文研究了MRE在力

3、、電、磁等激勵下的電學性能，并對力電耦合的耐疲勞特性進行了研究。為了提高MRE不同方向上的力學性能和電學性能，利用亞麻編織纖維層對MRE基體進行了增強。具體研究內容如下:
　　1、研究了MRE樣品在不同機械加載和磁場加載下的阻抗變化。利用阻抗譜技術，對材料的電學性能進行表征。定義了系數(shù)Rd來表征微觀結構損壞。在建立等效電路之后，對所有的電路元件部分都進行了表征和分析，與其物理意義進行了一一對應。針對電學性能測試中的預加載條件，提供

4、了一種可能的加載依據。研究結果表明界面層上微小的變化或者損傷對MRE阻抗譜變化影響很大。根據實驗結果，提出了一種新的快速無損的方法表征微觀結構變化程度。
　　2、研究了MRE樣品在不同疲勞載荷下的阻抗變化。與力學特性相同，由于微觀結構的變化，MRE的電學特性隨負載循環(huán)而變化。電容的曲線隨著循環(huán)次數(shù)的增加，可以被分成四個部分。磁場強度越大，這個現(xiàn)象越明顯。在電性能和力學性能之間發(fā)現(xiàn)耦合效應，曲線的平臺段對應于MRE的屈服階段。除此之

5、外，研究了力學和電性能對循環(huán)加載的依賴性，并討論了詳細的機理。通過對阻抗譜的分析，MRE磁致收縮和界面破損等結構變化均能反映出來。由于測試過程的簡便性，非破壞性的阻抗譜方法在實時檢測MRE微結構的損傷和預測實際應用中的疲勞壽命中展現(xiàn)了很高的潛能。
　　3、在對MRE力電耦合特型研究的基礎上，將亞麻編織纖維層加入MRE來起到性能增強效果。纖維束之間的間隙可以被PDMS基MRE充分填滿，并且基體與纖維結合良好。CI顆粒可以通過這種方法