本文選題：磁流變彈性體　切入點：機械性能　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：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(yīng)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(jié)構(gòu),降噪等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。MRE的微觀結(jié)構(gòu),特別是方向、直徑、鏈的長度以及顆粒和基體之間的界面,都對其力學行為起著至關(guān)重要的作用。但是,力學行為表現(xiàn)往往相對于微觀結(jié)構(gòu)變化有著滯后性。實際應(yīng)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(jié)構(gòu)。考慮到導(dǎo)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(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓電特性,電學性能對外部刺激引起的結(jié)構(gòu)變化十分敏感。除此之外,MRE疲勞引起的微觀結(jié)構(gòu)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、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(nèi)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(shù),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(jié)構(gòu)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(yīng)。針對電學性能測試中的預(yù)加載條件,提供了一種可能的加載依據(jù)。研究結(jié)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(jù)實驗結(jié)果,提出了一種新的快速無損的方法表征微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng),曲線的平臺段對應(yīng)于MRE的屈服階段。除此之外,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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的損傷和預(yù)測實際應(yīng)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(chǔ)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(jié)合良好。CI顆�？梢酝ㄟ^這種方法沿著纖維方向形成聚集鏈狀結(jié)構(gòu)。研究了不同的加載方向,FFW密度以及層數(shù)對FFW-MRE的機械和電學性能的影響。當平行于纖維層的方向時,MRE的導(dǎo)電性大大增加,而在垂直方向,材料的絕緣性以及電阻的可調(diào)范圍大大提高。除此之外,討論了結(jié)構(gòu)形成和性能增強的機制。由于制造過程簡單環(huán)保,因此對于擴大MRE的實際應(yīng)用范圍是一種潛在的方法。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB381

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