电流变材料流变模型等效参数化分析.pdfVIP

工 NO．S 第17卷增刊 振 动 程 学 报 V01．17 2004年8月 ofVibration Aug．2004 Journal Engineering 电流变材料流变模型的等效参数化分析 鲁宏权 孟 光 张 韬 周文晋 (上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室上海，200030) 摘 要 针对电流变材料研究中常见的几种理论模型，通过能量等效的方式建立流变材料的等效材料参数，使材 料模型便于应用于流变体连续复合结构分析。文中对各流变模型所体现的材料特性进行了对比，并研究了各模型 在不同外激励频率和激励幅值作用下的等效材料参数变化。研究发现，对于电流变液这种特殊流变材料，在不同外 加条件和特性阶段采用不同的材料模型进行模拟时，等效材料参数的变化规律有着明显差别，一方匾，等效化过程 可以将不同特性阶段内流变材料的复杂特性用较为简单的参数形式描述出来，另一方面，结合已有的阻尼结构分 析方法，利用这些等效后的材料参数可以方便地将不同的流变材料模型运用到电流变复合结构的理论分析中。 关键词：电流变材料；复合结构；等效参量 中图分类号：TM27，TB535，037 电流变材料应用研究的深入对其材料的理论研 时，其应力一应变关系将呈现出滞后特性。随着响应 究也不断提出更高的要求。为便于处理，人们先后采 趋于稳态，滞后环也逐渐趋于某一稳定的形态。利用 用过粘弹性阻尼夹层结构分析中提出的RKU、M—这种变形时出现的能量存储和消耗的分配关系，就 M模型方法以及有限元方法对电流变复合层结构 可以得到在变形期间材料的等效复模量[7’8]。 进行过研究n~4]，也取得了一定的成果。但是，RKU 采用电流变材料应力应变滞后环的测试数据可 模型和M—M模型一般只能适用于简单的夹层梁复 以对流变模型中的系数参量进行参数识别或拟合， 合结构，而有限元法中在处理电流变材料时也是利 而后再利用这些参数及拟合后的滞后环曲线进行材 用复常数模量对材料力学特性进行描述的。对电流 料等效模量和损耗因子的估计。为简便起见，本文仅 变材料的研究表明[sm9~11]，电场作用下，当与结构 使用选定的参量数据进行了模拟分析。 进行组合形成智能复合结构后，流变材料对结构动 1．1 Voigt模型 力学的影响效果还与结构振动频率及内应变幅值等 因素有关，因而常数复模量描述的方法将无法体现 按照Voigt的表达式，材料模型所呈现的应力一 到材料的一些特殊性质。从已有的流变学理论和经 应变关系为 验模型可以发现，电流变材料的应力应变关系通常 r—G7+叩夕 (1) 为非线性的，且往往还引入了粘度因子和应变率等 式中G代表材料剪切模量，叩为材料粘度，r为剪 因素，很明显，这些本构模型对于采用电流变材料的 切应变。该模型常用于小场强作用下的电流变材料 连续体复合结构动力学分析也是很难应用的。 考虑到电流变复合结构分析过程中对材料特性 kPa，j7=180 描述的需要，本文在借鉴粘弹性材料特性模拟的经 线分别为材料参量G一5 ps，y。=0．1，甜 =15 验基础上，提出了利用能量等效原理研究电流变材