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(shì)。當(dāng)外部磁場(chǎng)施加到MRE上時(shí)，其機(jī)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(dú)特的磁流變行為，MRE在振動(dòng)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，

2、都對(duì)其力學(xué)行為起著至關(guān)重要的作用。但是，力學(xué)行為表現(xiàn)往往相對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)變化有著滯后性。實(shí)際應(yīng)用中往往通過力學(xué)性能評(píng)估材料的壽命，但是這種方法并不是實(shí)時(shí)的，并且在測(cè)試期間還會(huì)損壞MRE的微觀結(jié)構(gòu)?？紤]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(xué)性能對(duì)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(duì)電學(xué)性能的測(cè)試表征反映出來。因此，本文研究了MRE在力

3、、電、磁等激勵(lì)下的電學(xué)性能，并對(duì)力電耦合的耐疲勞特性進(jìn)行了研究。為了提高M(jìn)RE不同方向上的力學(xué)性能和電學(xué)性能，利用亞麻編織纖維層對(duì)MRE基體進(jìn)行了增強(qiáng)。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、研究了MRE樣品在不同機(jī)械加載和磁場(chǎng)加載下的阻抗變化。利用阻抗譜技術(shù)，對(duì)材料的電學(xué)性能進(jìn)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(duì)所有的電路元件部分都進(jìn)行了表征和分析，與其物理意義進(jìn)行了一一對(duì)應(yīng)。針對(duì)電學(xué)性能測(cè)試中的預(yù)加載條件，提供

4、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(duì)MRE阻抗譜變化影響很大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(xué)特性相同，由于微觀結(jié)構(gòu)的變化，MRE的電學(xué)特性隨負(fù)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(gè)部分。磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，這個(gè)現(xiàn)象越明顯。在電性能和力學(xué)性能之間發(fā)現(xiàn)耦合效應(yīng)，曲線的平臺(tái)段對(duì)應(yīng)于MRE的屈服階段。除此之

5、外，研究了力學(xué)和電性能對(duì)循環(huán)加載的依賴性，并討論了詳細(xì)的機(jī)理。通過對(duì)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(cè)試過程的簡(jiǎn)便性，非破壞性的阻抗譜方法在實(shí)時(shí)檢測(cè)MRE微結(jié)構(gòu)的損傷和預(yù)測(cè)實(shí)際應(yīng)用中的疲勞壽命中展現(xiàn)了很高的潛能。
　　3、在對(duì)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(qiáng)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顆粒可以通過這種方法