剪切式磁流变弹性体阻尼器力学性能研究

与磁流变液相比,磁流变弹性体表现出较好的稳定性。研制了几种用还原铁粉制备的磁流变弹性体,应用在剪切式磁流变弹性体阻尼器上,测试在外部磁场作用下弹性体的剪切模量。通过剪切模量与外加磁场的变化关系,分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变化的规律,并把这种剪切式磁流变弹性体阻尼器应用于转子振动控制系统试验研究剪切模量的变化对转子系统振动特性的影响。     

基于均匀化方法的磁流变弹性体磁致剪切行为

基于均匀化方法,分析磁流变弹性体颗粒间磁场的相互作用和基体磁场对颗粒的影响,进而研究磁流变弹性体的磁致剪切行为及磁致剪切模量.结果表明,颗粒磁导率的变化对磁流变弹性体磁致剪切行为与磁致剪切模量的影响不大;当颗粒体积分数为30%时,磁致剪切模量取得最大值,其整体变化规律与实验数据基本吻合,可预测磁流变弹性体磁致剪切行为的最佳颗粒体积分数.     

颗粒链取向对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响

为分析内部颗粒链与外加磁场间取向夹角对磁流变弹性体(MRE)磁致剪切模量的影响,将磁化颗粒视为磁偶极子,仅考虑同一链内磁化颗粒间相互作用,推导了MRE磁致模量的微观模型,在微观层面研究了取向角度对磁致模量的影响。制备了具有不同颗粒链取向角度的MRE试样并进行测试,结果表明微观模型预测趋势与测试结果一致。对该模型进行简化并识别其参数,得到基于参数的磁致模量模型,可预测磁致模量的实际值。     

磁流变弹性体力学性能的测试与分析

基于单自由度基础激励 ,建立了磁流变弹性体磁致粘弹性的实验测试系统 ,研究其剪切模量及损耗因子与外加磁场间的关系 .并对颗粒磁饱和前后分别考虑局部场及颗粒尺寸的影响 ,修正了磁偶极子模型 ,进而分析了链中颗粒间的间距与磁场引起的磁流变弹性体附加剪切模量之间的关系 ,为磁流变弹性体的优化设计提供理论指导 .     

磁流变体的磁致固化研究

基于简单偶极子模型,分别用热力学方法与统计力学方法计算磁流变液体系的自由能,考虑体系中颗粒的渗透压,研究磁流变液的磁致固化.结果发现,当外加磁场超过临界磁场值Hc时,体系发生由液相向固相的转变.此外,温度变化也可以引起磁流变液的磁致固化.     

硅橡胶基磁流变弹性体的制备及其力学性能测试

采用硅橡胶和羰基铁粉制备了有场和无场作用下的磁流变弹性体材料,并对其微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,无论是有场制备还是无场制备的磁流变弹性体,在施加外磁场后,其承载能力和刚度都有所提高,但有场制备弹性体的可调范围要大于无场制备的弹性体,其综合性能要优于无场制备的弹性体.     

挤压式磁流变弹性体阻尼器力学性能测试与分析

磁流变弹性体是一种由铁磁颗粒和凝胶混合而成的可控智能材料。这种弹性材料的最大的优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要密封装置。研制了几种还原铁粉制备的磁流变弹性体,并设计了一种挤压式磁流变弹性体阻尼器,测试在外加磁场条件下弹性体的弹性模量;由弹性模量与磁场强度的关系来分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变换的规律,并结合磁流变弹性体阻尼器在转子振动控制上的应用来说明弹性模量的变化对临界转速的影响。     

弹性体裂纹扩展的数值模拟

采用位移不连续法（DDM）对裂纹的扩展进行了数值模拟,首先应用DDM求解了线弹性裂纹体的应力场,再采用最小二乘法确定应力强度因子并根据线弹性复合型断裂判据进行开裂判断,从而实现裂纹开裂的模拟,取得了与实验结果较吻合的数值计算结果,文中所用方法仅需在裂纹面上直接划分单元、对开裂部分直接追加单元来实现裂纹扩展过程的动态跟踪,其数值过程简便易行。     

磁流变橡胶材料隔声特性的数值模拟

分析了磁流变橡胶材料的隔声特性.应用数值模拟方法计算了不同磁感应强度下磁流变橡胶材料的等效弹性模量,结果表明磁流变橡胶材料的等效弹性模量随着磁感应强度的增大而增大.基于均匀化方法,建立了磁流变橡胶材料的均质模型,应用COMSOL软件对磁流变橡胶材料进行了隔声性能的模拟,结果表明弹性模量的增加使最佳隔声频率区间往高频移动.     

磁流变液微观结构的数值模拟

通过分析磁流变液中固体颗粒的受力,利用分子动力学中的速度Verlet算法,对磁流变液链化过程和剪切过程进行了二维数值模拟,并对影响链化和剪切的主要因素进行了研究.研究结果表明:粒子的运动最终会在模拟区域内形成若干条几乎平行的链;颗粒链化时的变化过程先快后慢;整个链化过程所耗费的时间在2～3 ms之间;颗粒体积百分率越大...     

采用磁致伸缩材料模型进行磁弹性屈曲的数值模拟

基于磁致伸缩材料模型,在不考虑体积伸缩的条件下,利用FEMLAB多物理场耦合软件,对悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题进行了数值模拟,并将模拟得到的临界屈服磁感应强度与前人的实验结果进行了对比,得到了较好的一致性。数值模拟结果显示,随着铁磁板长厚比的增大,板屈曲失稳的临界屈服磁感应强度减小;采用的磁致应变系数越大,所得到的临界屈服磁感应强度越小;当磁致应变系数为1.3×10-4T-1时,计算结果与实验值吻合最好。数值分析结果表明,利用磁致伸缩材料模型来解释悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题是合理的。     

硅橡胶基磁敏弹性体制备及其压缩力学性能实验研究

为了探究影响磁敏弹性体压缩力学性能的因素,制备了4种不同磁敏颗粒含量以及磁敏颗粒随机分布、磁敏颗粒成链分布的磁弹体,在材料试验机的基础上附加磁学模块开发了一套力磁耦合测试系统,对磁弹体进行准静态压缩实验研究.实验结果表明:在磁场强度一定的情况下,磁敏颗粒含量越高的磁弹体压缩模量越大;磁敏颗粒含量相同的磁弹体的压缩模量随着实验磁场强度的增加而增加;磁敏颗粒成链分布的磁弹体的压缩模量随磁场强度增长的幅度大于磁敏颗粒随机分布的磁弹体的增长幅度.     

超磁致伸缩执行器动力学模型及数值模拟

为提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制,准确描述执行器的动力学特性是关键环节之一.为建立超磁致伸缩执行器的动力学特性的数学模型,将Terfenol-D 棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解.模型的计算求解采用迭代方法,易于实现计算机控制.利用Matlab 7.0对不同频率等幅磁场驱动下Terfenol-D棒内的磁场-位移(H-u)曲线进行数值模拟仿真,仿真计算值与实验值误差在10%以内,表明建立的动力学模型能较好地反映磁致伸缩执行器的动力学特性.     

超磁致驱动式流量阀流量特性的数值模拟研究

为了解决常用的经验公式法对流量特性的研究存在参数选择依赖个人经验,不易得到精确数学模型的问题,对基于超磁致驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)的流量阀在开口范围里分别建立二维模型,进行网格划分,通过Fluent软件仿真计算,简便易行,准确可靠.得到阀口前后压差恒为2 Mpa时各模型的流量值;根据这些流量值,通过Matlab软件绘制出该阀的流量特性曲线,拟合出该曲线的数学方程;并结合圆锥缝隙流量公式,分析数值模拟的合理性,进而得到流量与GMA输出位移和压差关系精确的数学模型,为流量阀特性的检测提供了依据,并为该阀的精确控制打下了基础.     

蜻蜓翅膀力学性能的数值模拟

采用数值模拟的方法对蜻蜓翅膀在均布载荷作用下的力学性能进行了分析. 采集蜻蜓翅膀标本,将翅膀照片拾取成为矢量图,并由矢量图建立几何模型. 利用有限元分析软件建立了蜻蜓翅膀的有限元模型,对均布载荷条件下蜻蜓翅膀的力学性能进行了数值分析,得到了蜻蜓翅膀不同位置的受力变形情况,进而给出了蜻蜓翅膀的位移随时间变化曲线. 数值模拟结果显示,在同一水平位置上,越靠近翅根部分,变形越小,离翅根越远,变形越大;而同一垂直方向的三个不同位置的位移变化量几乎一致,与实际情况相符,证明了数值模拟中所取的杨氏模量参数的合理性;翅膀受到均匀载荷作用时,翅根部分附近所受压力是最大的,这与理论中固定端受力情况一致.     

细化钨合金力学性能研究与数值模拟

针对晶粒度分别为1～3μm,10～15μm,30～40μm的细化钨合金材料,采用单轴拉伸实验研究了3种材料在准静态条件下的力学性能,获得了3种材料在不同加载速率下的应力-应变曲线和静力学基本参数. 在实验的基础上,运用有限元计算软件ANSYS,建立了能够反映钨合金材料微观结构特征的计算模型,模拟了不同体积分数、不同颗粒形状、不同晶粒度钨合金材料在静态拉伸载荷作用下的力学性能,给出了钨合金材料的应力-应变曲线,分析了钨合金力学性能与钨合金各微观参量之间的关系.     

基于不规则颗粒的砾岩力学性能数值模拟研究

砾岩非均质性强,力学性质复杂。本文基于离散元方法,使用三维激光扫描技术获取了真实砾石的颗粒形态,建立了含不同粒径颗粒的砾岩三维数值模型。基于此数值模型开展单轴抗压模拟实验,将实验结果与均质数值岩心对比,分析了砾岩破坏形式和规律,讨论了颗粒粒径大小和颗粒形态对砾岩力学性质的影响。结果表明:在加载过程中,由于砾石颗粒的阻碍,裂缝需绕过砾石颗粒逐步贯通,从而导致岩样的位移和破坏形式较为复杂,没有形成与均质岩心类似的剪切带。在加载初期裂纹数目少、增加缓慢,在应力峰值附近裂纹数量迅速增加,岩样瞬间破坏,表现出较为明显的“鼓涨”效应。砾石颗粒粒径对砾岩的破坏机理和形式影响不明显,但随着粒径的增加,砾岩单轴抗压强度和弹性模量降低。相对于圆形颗粒,基于真实砾石颗粒形态的数值模型,能够模拟砾石间的摩擦力,拥有更高的强度,能更好的反应砾岩力学性质。     

磁流变弹性体主链吸附模型

为了揭示磁流变弹性体变刚度工作机理,并为制备磁流变弹性体提供理论依据和指导,以磁偶极子理论为基础,研究分析了磁偶极子在磁场中的受力特性及不同磁场下磁流变弹性体内磁性颗粒的分布情况,并考虑颗粒链化后耦合场的影响及吸附颗粒或短链的影响,提出磁流变弹性体主链吸附模型.在一定的假设条件下,从颗粒间的磁相互作用能出发,计算了磁流...     

磁矢势方程的数值模拟

开发了美国阿贡实验室提供的解二维非线性静磁矢势偏微分方程程序TRIM，补充了四个程序段用以解决图形的输出和磁体轴线偏移光轴时磁仰角的计算问题，以DARHT磁体为例分析了磁体轴线平称我和旋转等因素对光轴上磁仰角的影响，指出了一条提高磁体安装精度的途径，另外分别对程序算例柱对称超导磁体，美国的DARHT磁体和FXR改善后磁体进行了计算，计算的数据和图形结果与文献结果都符合得很好。     

羰基铁粉的C含量对磁流变弹性体磁流变效应的影响

磁流变弹性体是磁流变液的一种固体模拟,目前的磁流变弹性体普遍存在磁流变效应不高的问题,限制了它在工程上的应用。针对羰基铁粉中C元素含量对羰基铁粉最大磁导率的影响,从而研究羰基铁粉C含量对磁流变弹性体磁流变效应的影响。采用硅橡胶为基体和具有不同C含量的羰基铁粉制备同组分磁流变弹性体,通过改进的动态机械分析仪来测试所制备样品的磁致模量,最后的实验数据分析结果表明,羰基铁粉的C含量越低,所制备的磁流变弹性体的磁流变效应越高。