剪切增稠液（STF）是一種將納米或微米級(jí)的顆粒分散到牛頓流體中而形成的非均質(zhì)顆粒懸浮液。通常在剪切條件下,其粘度隨著剪切速率的增大而增大。這種懸浮體系在低擾動(dòng)下表現(xiàn)為流體狀態(tài),當(dāng)突然施加作用力時(shí)變得異常粘稠甚至展現(xiàn)出類固體狀態(tài),當(dāng)撤去外部力作用時(shí)重新恢復(fù)到流體狀態(tài)。由于STF的力學(xué)性能高度非線性使其具有優(yōu)異的能量吸收能力,從而在振動(dòng)控制、抗沖擊、人體防護(hù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。過去幾十年間,在STF的力學(xué)性能表征和機(jī)理解釋等方面,已經(jīng)取得了一大批研究成果。但是,仍有許多工作亟待解決。對(duì)剪切現(xiàn)象更加深入的了解,進(jìn)而合理有效地解決工程實(shí)際問題,正是本文所追求的目標(biāo)。為此,本文首先對(duì)STF低速小載荷下的流變性能進(jìn)行了表征；接著對(duì)STF高速大載荷下的沖擊力學(xué)性能進(jìn)行了表征；然后,通過研究剪切在STF流場(chǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的作用,提出了一種新的更加合理的解釋剪切增稠現(xiàn)象的模型-顆粒松弛模型；最后,針對(duì)STF應(yīng)用中的不穩(wěn)定性和不易封裝,研究了一種性能穩(wěn)定優(yōu)異的易于工程應(yīng)用的剪切增稠膠材料。具體工作包括以下幾個(gè)方面：1.采用安東帕MCR301流變儀,表征了STF低速小載荷下的流變性能,發(fā)現(xiàn)了STF流變性能... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

粘度示意圖

為指數(shù)坐標(biāo)⑴圖1.2描述了不同類型顆粒懸浮液在剪切條件下可能出現(xiàn)的流變現(xiàn)象。圖中斜率為1的黑色直線表示牛頓流體，相應(yīng)的斜率小于1表示剪切變稀，斜率大于1表示剪切增稠。由圖中可以看出，隨著剪切速率的增大，懸浮體系依次表現(xiàn)出剪切變稀、牛頓、剪切增稠現(xiàn)象。在剪切變稀階段，如果顆粒之間具有相互的吸引力或者顆粒與液體密度不匹配引起的沉降，會(huì)使體系產(chǎn)生屈服應(yīng)力，如圖1.2中藍(lán)線所示。此時(shí)，顆粒之間相互接觸。典型的具有屈服應(yīng)力的STF是玉米淀粉-水懸浮液。由于體系內(nèi)部玉米淀粉顆粒的沉降，在懸浮液底部會(huì)形成靜態(tài)網(wǎng)狀力鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)外部施加的剪切應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)

如果沖擊力足夠大超過體系類固體態(tài)時(shí)的屈服應(yīng)力，小桿會(huì)進(jìn)入DST懸浮液，體系呈現(xiàn)脆裂現(xiàn)象[58]。圖1.6a為小桿撞擊剪切玉米淀粉-水溶液后，體系的力鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的演化圖。紅色部分為固體區(qū)域，橙色部分為外加質(zhì)量的有效形狀，黃色部分為未被擾動(dòng)的溶液。圖1.6b為小桿撞擊懸浮液后，體系的位移變化，顏色的深淺代表垂直位移的大小。由圖所示，在小桿接觸表面，體系的位移最大。(D) -4 ^ 2 2■ < —.1—. r丨…"___丨 ■丨"r '""[■■■■- r j - -j 廠1:/?add— I 1Solid plug f^： :.:.9: ：? .to-202160ricm)圖1.6 (a)小桿撞擊玉米淀粉-水溶液示意圖；（b)小桿撞擊后的玉米淀粉-水溶液后，體系的位移變化圖[53]1.2 力學(xué)性能表征1.2.1 穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)流變性能傳統(tǒng)研究STF的力學(xué)性能主要集中在對(duì)其流變性能的測(cè)試，主要包括剪切條件下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)流變性能[2]。圖1.7a為在剪切條件下


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