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...     

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。     

磁流变液铁磁颗粒的动力学分析

分析磁流变液铁磁颗粒的受力和运动特点对研究磁流变液微观机理至关重要。基于磁偶极子理论,比较全面地分析了磁流变液中的铁磁颗粒在外加磁场作用下所受到的力,并对这些力进行了比较。同时,研究了颗粒可能的运动方式。分析结果表明,磁力、载液的粘性阻力和颗粒间的排斥力是颗粒的主要受力,平动是颗粒的主要运动方式。并通过数值模拟手段,得到磁流变液在磁场作用下的链柱状微结构,从而证明该动力学分析的有效性。     

传动装置中磁流变液瞬态流动特性的数值计算

为了了解在突加磁场情况下磁流变液在传动装置中的瞬态流动特性,基于Bingham模型和纳维-斯托克斯方程,利用有限差分法对传动装置中磁流变液的瞬态流动特性进行了数值计算.结果表明：工作间隙产生磁场后,磁流变液剪应变率和角速度分布变化明显,临界屈服面在主动转子的内表面形成,随后其半径逐渐减小,达到稳态后保持不变;当传动装置的流变响应时间随外加磁场增大而缩短时,滑差转速越大滞后时间越长;在工作间隙产生磁场时,主动转子传递转矩逐渐减小,从动转子传递转矩逐渐增大,最终两者趋于一致.该结果为磁流变传动装置的设计和性能评估提供了理论依据.     

磁流变液稳定性的影响因素研究

本文以磁流变液中的磁性粒子为研究对象,分析了外磁场、重力场、磁偶极子对及Vander Waals力对其稳定性的影响,对磁流变液的制备具有一定的指导作用。     

颗粒摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响

为确定胶结砂岩的力学参数,探讨岩体破坏机理,采用细观力学分析方法,建立三维颗粒流数值模型,对胶结砂岩的剪切特性进行模拟。根据应力应变曲线以及平行黏结分布和接触网络变化说明胶结砂岩不同于无黏结砂岩的破坏机理,验证数值模型的可行性,分析不同胶结半径比的砂岩模型的应力比、体应变、配位数和平行黏结破坏数的变化规律。计算结果表明:胶结半径一定时,不同摩擦因数对岩样宏观力学特性的影响不同,特别是随着胶结半径比的减小,颗粒间摩擦力在胶结砂岩受力过程中占主导作用,对砂岩抗剪能力起着决定作用,不同摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响较大。颗粒摩擦因数对胶结砂岩数值试验中的力学行为有着重要的影响,是准确选择三维颗粒流模型细观参数的关键。     

汽车磁流变减振器流变力学特性的研究

磁流变液是一种新型的功能材料 ,属于可控流体 它能在强磁场作用下从牛顿流体变为有较高屈服应力的粘塑流体 ,这种变化连续可逆且迅速 ,用其制成的阻尼器具有结构简单、体积小、能耗低和阻尼可连续调节等优点 利用非牛顿粘性流体模型和宾汉流体模型 ,设计基于流动模式的汽车用磁流变减振器 ,利用ANSYS有限元分析软件计算其力学性能并进行试验验证 结果表明磁流变减振器可实现阻尼无级可调 ,将其用于汽车悬架系统 ,可改善行驶的平顺性 ,获得良好的振动特性     

不同体积分数磁流变液对其剪切特性的影响

为研究不同体积分数磁流变液的剪切性能,分别制备出不同体积分数(10%、20%、30%、40%)的四种磁流变液;使用流变仪分别测出这四种磁流变液在不同剪切速率(0～1 000 s~(-1))下的剪切应力和表观黏度,分析其剪切性能;并用Bingham模型进行拟合,得到剪切应力、表观黏度和体积分数之间的定量关系。结果表明:在相同的体积分数下,随着剪切速率的增加,磁流变液的剪切应力缓慢增大,表观黏度呈指数下降;剪切速率不变的前提下,随着体积分数从10%增大到40%,磁流变液的屈服应力从3. 9 kPa增大到14. 2 kPa,表观黏度明显增大,塑性黏度系数从3. 2增大到3. 7,流动特性指数n减小。可见,体积分数高的磁流变液其剪切性能越好,在智能机构等方面得到广泛应用。     

磁流变液剪切屈服应力的数值计算

利用Maxwell应力张量,考虑颗粒的磁化饱和过程和非线性磁化过程,使用ANSYS软件三维有限元单元建立了基本力学模型,计算结果和实验取得了良好的一致,并就颗粒的体积浓度,磁化饱和强度等对磁流变液性能的影响进行了计算和比较,还构建了体心立方结构模型,初步计算了这种模型下磁流变液的剪切屈服应力。     

磁流变液对转子系统的影响规律实验研究

针对磁流变阻尼器能够通过变刚度和变阻尼实现半主动控制,搭建单跨转子实验台,将磁流变阻尼器作为辅助装置安装于转子跨内,通过实验研究阻尼器内磁流变液对转子系统的影响规律。结果表明,阻尼器通电状况下,使用的磁流变液质量比较小,即铁粉占比较大时,阻尼器可等效为刚性支撑,为转子提供刚度,并改变其临界转速;阻尼器使用的磁流变液质量比增大到一定程度时,阻尼器为转子提供阻尼,能有效抑制转子振动;质量比继续增大,则振动降幅随之减小;磁流变液所用硅油黏度增大时,阻尼器对转子系统振动的抑制作用增强。     

偶极硬球流体第二维里系数的计算

在《热力学与统计物理》中,往往涉及到原子流体的维里系数的计算.作为研究偶极流体相行为的一个补充,同时为了加强学生对理论推导能力的训练,研究了偶极硬球流体的第二维里系数.首先把偶极硬球流体粒子间的各向异性势能写成旋转不变的形式,进而把相应的玻尔兹曼因子作泰勒展开,代入第二维里系数的公式中进行逐项积分计算,最后得到了偶极硬球流体第二维里系数的解析表达式.     

基于磁流变液的薄壁零件铣削技术研究

针对弱刚度、复杂形状的零件在切削夹紧过程中难夹持、易变形的问题,提出了基于磁流变液（MRF）的变刚度柔性辅助支承方法,以获得理想的加工质量。利用磁流变效应的快速、可逆及可控等特性,通过结构设计和磁路仿真,研制了用于薄壁曲面零件加工的磁流变自适应柔性辅助支承装置;建立了以加工形变最小为目标函数的优化模型,对该装置支承单元的数量和位置分布进行优化设计;搭建了铣削试验平台,通过对铣削信号进行测试分析,验证布局优化和励磁电流对加工质量的影响。结果表明,布局优化后的磁流变辅助支承装置随着电流的增加,可以有效地提高系统刚度,减小切削振动响应,改善加工质量。     

机械密封混合摩擦微极流体弹性润滑的数值模拟

将弹性微极流体润滑理论应用于机械密封混合摩擦的研究,建立力学模型.考虑流体的可压缩性,构建混合摩擦的数学模型,利用有限差分法进行数值求解,获得机械密封性能参数值,为优化设计奠定理论基础.     

磁流变脂组分对其动态流变性能的影响

采用原位皂化工艺制备了基于不同类型载液和磁性颗粒的磁流变脂,使用智能磁流变仪分别考察了基础油类型及黏度、磁性颗粒粒径对磁流变脂流变性能的影响,并用自然沉降法考察了基于不同组分的磁流变脂的沉降稳定性。实验结果表明,通过改变基础油类型和调节基础油的黏度可控制磁流变脂的内部骨架结构,有效地改善磁流变脂的磁流变性能和沉降稳定性;增大磁性颗粒的粒径可提高磁流变脂的流动性,增大磁场下磁流变脂的结构强度,增强其磁流变效应。     

氧化铝熟料窑窑皮厚度的数值研究

以一直径为4.5m、高为90m熟料窑的烧成带为研究对象,应用数值计算的方法,对烧成带有窑皮存在和没有窑皮存在时耐火层内的温度分布进行对比分析,同时对窑皮在不同厚度时耐火层内的温度分布进行数值计算.计算结果表明:烧成带无窑皮时,窑外壁温度较高,在232～270℃之间;当窑皮厚度从200mm增大到300mm时,窑外壁温度从215℃降低至161℃;在熟料窑操作中,窑皮过薄将缩短耐火内衬的使用寿命,并限制加煤提产;窑皮过厚则缩小了烧结带的有效截面积,也限制了熟料窑的提产;对直径为4.5m左右的大型回转窑,窑皮厚度可根据生料浆成份和窑况在200～300mm内调节.     

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。     

液体核磁共振中基于偶极场理论的扩散行为模拟

通过偶极场理论和密度算符公式相结合推导同核双组分核自旋体系在CRAZED脉冲序列作用下非线性演化的理论表述.采用粒子随机行走模型与偶极场理论相结合的方法,模拟自由扩散的核自旋体系在偶极场作用下非线性演化的特殊性质.模拟与理论预测的结果吻合得很好.     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.     

散体颗粒在滚筒内运动特性的实验研究与数值模拟

通过实验方法研究了不同转速下丝状散体颗粒在滚筒内的运动状态,并采用烟丝作为实验材料,测量其在滚筒内的停留时间.实验结果表明:滚筒烘丝机转速越大,颗粒在抄板的提升作用下运动越剧烈,做圆周运动的时间越少,从而导致颗粒在滚筒内的总停留时间越短.在该实验基础上利用"虚拟颗粒团"方法对滚筒内散体颗粒的运动过程进行数值建模,得到的模拟结果与实验数据吻合较好.因此,采用此数学模型模拟不同滚筒倾角条件下丝状颗粒在滚筒内的运动过程,模拟结果显示:滚筒倾角越大,丝状散体颗粒在抄板和滚筒壁面的综合作用下,纵向运动时间越少,颗粒在滚筒内停留时间越短.