本文選題：電磁流變液　切入點：Biot理論　出處：《華中科技大學》2015年博士論文

【摘要】：電磁流變液是一類重要的智能軟物質(zhì),在外加電場或磁場作用下,其內(nèi)部懸浮顆粒形成沿外加場方向的有序結(jié)構(gòu),從而導致流變性能的巨變,且這種變化是可逆的。除了流變性能發(fā)生改變,由于電磁流變液的結(jié)構(gòu)的變化,其諸多物理特性,如光學性能、聲學性能等,都出現(xiàn)了外場可控的變化,這一特性使得電磁流變液在各個領域具有巨大的應用潛力。本文在對電磁流變液內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)分析的基礎上,提出將電磁流變液作為一種聲傳播媒質(zhì),圍繞電磁流變液聲傳播機理、復合結(jié)構(gòu)聲學特性以及變化阻抗耦合層等方面,進行了理論建模和數(shù)值計算以及實驗測試等方面的研究和探討。論文的主要工作如下： 提出了以電磁流變液作為一種性能可控的聲傳播媒質(zhì),為新型水下吸聲材料的研究提供了理論基礎。以懸浮液散射理論為基礎,建立無外場作用下電磁流變液中的聲學模型；以Biot理論為基礎,建立了外加場作用下聲波在電磁流變液中傳播模型。將電磁流變液外場作用下形成的場致微結(jié)構(gòu)等效為液體飽和的多孔結(jié)構(gòu),建立了以電磁流變液流變學動態(tài)測試結(jié)果和離散松弛譜理論相結(jié)合,獲取其全頻段動態(tài)剪切模量的等效處理方式。通過數(shù)值計算,對比了有、無外場作用下的電磁流變液層吸聲特性,結(jié)果表明,外場作用下,聲波在電磁流變液層內(nèi)的耗散更多,說明了電磁流變液作為吸聲介質(zhì)的可行性。 研究了聲波在由流固兩相多孔材料復合結(jié)構(gòu)中的傳播理論,討論了不同流阻多孔材料的布局方式,并提出了利用多孔材料共振特性提高復合結(jié)構(gòu)整體吸聲性能的優(yōu)化思路。建立了含電磁流變液層的復合結(jié)構(gòu)聲學模型。通過數(shù)值計算,討論了電磁流變液層與多孔金屬層的復合雙層結(jié)構(gòu)的水下吸聲性能,研究了多孔結(jié)構(gòu)中飽和液體、材料布局方式以及外加場作用情況對復合結(jié)構(gòu)吸聲性能的影響。結(jié)果表明,電磁流變液層的場致微結(jié)構(gòu)能明顯提高介質(zhì)內(nèi)的聲能損耗,從而提高復合結(jié)構(gòu)的吸聲性能。高粘度的填充液體也有助于聲波在兩相介質(zhì)內(nèi)的損耗。 在電磁流變液聲阻抗可控的基礎上,提出了以設計外加場等方式構(gòu)建聲阻抗連續(xù)變化的電磁流變液作為界面耦合層的聲反射控制策略。以變參數(shù)聲波方程為基礎,結(jié)合傳遞矩陣法,建立了阻抗連續(xù)變化的電磁流變液中的聲學模型。設計了幾種阻抗分布形式,并數(shù)值仿真計算了不同分布形式的耦合層吸聲系數(shù)。結(jié)果表明,隨著聲波入射,阻抗先緩慢變化、后迅速變化的指數(shù)型分布形式的耦合層的吸聲性能最優(yōu)。在此基礎上,討論了耦合層在界面處與入射介質(zhì)或透射介質(zhì)阻抗不匹配的情況。通過耦合層兩端面材料的去除,能有效提高材料的使用效率。 在理論研究的基礎上,結(jié)合磁流變液的特性,設計了一款水下聲學材料的阻抗管,并試驗研究了外加磁場強度和磁流變液層厚度對其吸聲系數(shù)的影響。結(jié)果表明,外加磁場的作用使得磁流變液的聲阻抗特性發(fā)生了變化,結(jié)果與理論計算趨勢一致。
[Abstract]:Electromagnetic rheological fluid is an important kind of intelligent soft material, in external electric field or magnetic field, the suspended particles to form ordered structure along the applied field direction, resulting in changes in rheological properties, and this change is reversible. In addition to the rheological properties change due to changes in the structure of the electromagnetic rheological fluid, its many physical properties, such as optical properties, acoustic properties, has changed the field controlled, which makes the electromagnetic rheological fluid have great potential applications in various fields. Based on the analysis of the electromagnetic rheological fluid internal microstructure on the electromagnetic rheological fluid as a propagation medium, electromagnetic flow around the liquid sound propagation mechanism of composite structure acoustic characteristics and changes in impedance coupling layer, studies the theoretical modeling and numerical calculation and experimental test and discuss the main. The work is as follows:
Put forward to the magnetorheological fluid as a medium of sound propagation properties of controllable, provides the theoretical basis for studying new sound-absorbing material under the water. With suspension scattering theory, establish the acoustic model under the action of electromagnetic field in the MR fluids; based on the Biot theory, established the external field acoustic wave the propagation model in the electromagnetic field. The rheological fluid electromagnetic rheological fluid formed under the field of micro structure is equivalent to the liquid saturated porous structure, established by electromagnetic rheological fluid dynamic rheological test results and the discrete relaxation spectrum theory, by taking the full band approach equivalent dynamic shear modulus. Through numerical calculation compared with that, no electromagnetic rheological fluid layer absorption characteristics under the external electric field. The results show that the field under the action of electromagnetic waves in dissipative fluid layer more, explains the electromagnetic rheological fluid for absorption The feasibility of the medium.
Study on the acoustic wave in the fluid solid two-phase porous material by composite structure in communication theory, layout of different flow resistance of porous materials is discussed, and put forward to improve the overall performance of the composite structure optimization method of sound absorption using the resonance characteristics of porous materials. A composite structure containing acoustic electromagnetic rheological fluid layer model. By numerical calculation, sound absorption the properties of the composite double-layer structure electromagnetic rheological fluid layer and a porous metal layer of water was discussed on the saturated liquid in the porous structure, and the influence of material layout function field on the sound absorption performance of the composite structure. The results show that the electromagnetic field induced fluid layer micro structure can significantly improve the energy loss in the medium. In order to improve the sound absorption properties of composite structure. The liquid filling high viscosity also contributes to the acoustic loss in two-phase medium inside.
On the basis of electromagnetic rheological fluid acoustic impedance controlled, is proposed to design the field construction methods such as electromagnetic rheological fluid continuous change of the acoustic impedance of the acoustic reflection as the control strategy of the interface coupling layer. The acoustic wave equation with variable parameters as the basis, combined with the transfer matrix method, establish the acoustic model of electromagnetic rheological fluid continuous change in impedance the design of impedance distribution form and several numerical simulation of coupling layer absorption coefficient of different distribution. The results show that with the incident wave impedance, first change slowly after the rapid change of the sound absorption performance of the optimal exponential distribution form of the coupling layer. On this basis, discussed the coupling layer at the interface and incident medium or transmission medium impedance mismatch. By removing the coupling layer two face material, can effectively improve the use efficiency of the material.
On the basis of theoretical research, combined with the characteristics of MRF, designed an underwater acoustic impedance material tube, and the effects of magnetic field intensity and magnetic rheological liquid layer thickness on the sound absorption coefficient. The results show that the magnetic field makes the acoustic impedance characteristics of magnetorheological fluid changes the results with the theoretical calculation, the same trend.

【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB381

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本文編號：1727599