【摘要】：磁流變彈性體是一類力學(xué)特性能夠被外磁場可逆調(diào)控的新型智能復(fù)合材料。將微米尺寸的磁性顆粒填充到橡膠類聚合物基體中制備的磁彈體材料,其模量、阻尼和形變可以由外加磁場快速、連續(xù)、可逆改變。目前,基于動力學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀力學(xué)元素組合模型分析方法、微觀偶極子力學(xué)分析和宏觀連續(xù)介質(zhì)力學(xué)描述成為分析磁感應(yīng)多場耦合復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系的主要方法。同時,數(shù)值模擬也成為研究磁流變材料的顆粒聚集結(jié)構(gòu)演化和磁致伸縮效應(yīng)的有效手段。本文側(cè)重于介紹磁彈體智能材料力磁耦合的基本理論和研究方法,總結(jié)相關(guān)研究工作并探討研究趨勢,為磁敏類多功能材料的應(yīng)用研究提供理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖３ＭＲＥ中磁性顆粒多極力修正圖［３０］：（ａ）作用力方向的修正圖，（ｂ）γ＝０顆粒引力修正（虛線為點(diǎn)偶極子作用力）Ｆｉｇ．３ＴｈｅｍｕｌｔｉｐｏｌｅｆｏｒｃｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆＭＲＥ：（ａ）ｄｉａｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｒｃｅ；（ｂ）ｃｅｎｔｅｒ－ｔｏ－ｃｅｎｔｅｒｆｏｒｃｅｉｎａｐａｉｒｏｆｐｏｌａｒｉｚａｂｌｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈγ＝０（ｐｏｉｎｔ－ｄｉｏｐｌｅ）小，磁流變材料各向異性不明顯。２００６年Ｙｉｎ等［４２］使用修正的Ｇｒｅｅｎ函數(shù)和無線長單鏈代表元得到鏈狀結(jié)構(gòu)ＭＲＥ在磁場和外力載荷下有限變形的當(dāng)?shù)卮艌龊蛷椥詧�，理論分析結(jié)果表明基體楊氏模量和顆粒體積分?jǐn)?shù)存在一個最佳值，使得有效磁彈性最大，同時在變形很小的時候可以得到橫觀各向同性材料的有效彈性理論模型。２０１０年Ｂｕｓｔａｍａｎｔｅ等［４３］提出鏈狀結(jié)構(gòu)ＭＲＥ是橫觀各向同性磁響應(yīng)材料，將材料的結(jié)構(gòu)張量ａ０（參考構(gòu)型中鏈方向，表征磁流變材料結(jié)構(gòu)異性方向）引入能量密度函數(shù)中，得到橫觀各向同性能量密度函數(shù)的十參數(shù)表達(dá)式。２０１１年Ｄａｎａｓ等［４４］將Ｋａｎｋａｎａｌａ等的方法運(yùn)用到鏈分布結(jié)構(gòu)的ＭＲＥ材料中，并通過不同的預(yù)加載實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出橫觀各向同性能量密度函數(shù)。２０１４年Ｓａｘｅｎａ等［４５－４６］創(chuàng)新性地提出了一個橫觀各向同性粘彈性能量密度函數(shù)。此外，Ｍｉｋｈａｉｌ等［４７］總結(jié)了電磁耦合流變各向異性自由能函數(shù)的一般形式；Ｈａｎ等［４８］假設(shè)粒子鏈?zhǔn)卿忼X狀的，并從

認(rèn)為未達(dá)飽和磁場強(qiáng)度時顆粒是漸進(jìn)飽和的：先是顆粒兩極區(qū)域飽和，后逐漸擴(kuò)展到整個粒子區(qū)域。平均顆粒磁化強(qiáng)度可以通過串并聯(lián)磁阻的方式近似得到（Ｂ為復(fù)合材料的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度，Ｊｓ為粒子飽和極化強(qiáng)度，Ｊｓ＝μ０Ｍｓ）：Ｊｐ＝〈Ｊｐ〉＝３α３Ｂ／２＋（１－α３）Ｊｓ１＋３φα３／２（１３）由圖５可以看出Ｊｏｌｌｙ的漸進(jìn)磁化模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，雖然模型中引入了兩個可調(diào)參數(shù)，但是也可以體現(xiàn)出偶極子作用模型的有效性。圖５Ｊｏｌｌｙ模型和實(shí)驗(yàn)對比：（ａ）磁流變液屈服應(yīng)力和磁場強(qiáng)度關(guān)系曲線；（ｂ）三種磁彈體的磁致彈性模量與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線（離散點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）Ｆｉｇ．５ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＪｏｌｌｙ’ｓｍｏｄｅｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ：（ａ）ｙｉｅｌｄｓｔｒｅｓｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｉｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ；（ｂ）ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｔｏａｐｐｌｉｅｄｆｉｅｌｄ（ｄｉｓｃｒｅｔｅｐｏｉｎｔｓａｒｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ）Ｊｏｌｌｙ模型只考慮了單鏈中相鄰顆粒間的作用，２００４年Ｓｈｅｎ等［２３］則考慮了整條鏈中顆粒間相互作用，同時采用Ｏｇｄｅｎ模型來描述基體材料，得到磁彈體整體的剪應(yīng)力－應(yīng)變的關(guān)系曲線，模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較見圖６。經(jīng)典的Ｊｏｌｌｙ模型中粒子鏈結(jié)構(gòu)被簡化為直鏈，，Ｚｈｕ等［２４］計算了整個空間點(diǎn)陣分布的所有粒子的作用，其他的工作基本上是改變這種直鏈空間分布情況，如體心分布和豎狀、層狀分布等。Ｃｈｅｎ
【作者單位】： 中國工程物理研究院總體工程研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11372295)
【分類號】：TB381

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本文編號：2539471