磁流变弹性体若干物理量的数值分析.pdf

第24卷第5期 　 计 算 力 学 学 报 　 Vol . 2 4 ,No . 5 2007 年 10 月 Chinese Journal of Computational Mechanics October 2007 文章编号 (2007) 磁流变弹性体若干物理量的数值分析 朱应顺 , 　龚兴龙 , 　张培强 ( 中国科学技术大学 力学和机械工程系 ,中科院材料力学行为与设计重点实验室 ,合肥 230027) 摘 　要 :应用有限元方法 ,考虑了颗粒的磁化饱和过程与非线性磁化过程 ,计算得到了磁流变弹性体中的磁场分 布 ,进而研究了在不同磁场大小 、不同颗粒体积比浓度下磁流变弹性体在成链方向的相对磁导率 ,计算结果和实 验结果取得了一致 。利用 Maxwell 应力张量 ,计算了磁场引起的磁流变弹性体的附加剪切模量 。分析了颗粒体 积比浓度 、外加磁场对磁流变弹性体的磁致剪切模量的影响 。研究了颗粒为旋转椭球形状时 ,颗粒的放置方式与 其长短轴之比对磁流变弹性体的磁致剪切模量的影响 。计算结果表明 ,磁流变弹性体的相对磁导率随颗粒体积 比浓度的增大而增大 ,随磁场强度的增大而减小 ,颗粒的形状和放置方式对磁流变效应有很大的影响 。 关键词 :磁流变弹性体 ;磁导率 ;剪切模量 ;有限元 中图分类号 :O326 ;O482 . 5 　　　文献标识码 :A 磁流变弹性体可控性能的大小 ,是其主要力学性能 1 　引 言 指标之一 。在磁流变弹性体的理论模型方面 , 目前 磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新 广泛使用的模型是偶极子模型[ 13 ,5 ] 。然而 ,偶极子 ( ) 理论把偶极子看作位于球心的一个点 ,只适用于颗 型智能材料 。由于其响应快 ms 量级 、可逆性好 ( ) 粒间距较大的情况 ,并且偶极子理论认为铁磁颗粒 撤去磁场后 ,又恢复初始状态 以及可通过调节磁 场大小来控制材料的力学性能连续变化 , 因而近年 是线性磁化的 ,而实际上颗粒的磁化一般是非线性 来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用 。 的 ,另外偶极子理论没有考虑颗粒间磁场的局部磁 ( 饱和效应 。目前文献中只对颗粒为球形时的磁流 磁流变 弹性体 Magnetor heolo gical Ela sto mer s 或 M R Ela sto mer s) 是磁流变材料的一个新 变弹性体作了理论研究 , 尚无颗粒为其他形状的磁 的分支 ,它是由橡胶基体和铁磁性颗粒组成 。混合 流变弹性体理论分析方面的文献报道 。 有铁磁性颗粒的橡胶在外加磁场作用下固化 , 由于 本文利用磁场有限元方法 ,计算得到了磁流变 磁流变效应 ,铁磁性颗粒在磁场方向形成链或柱状 弹性体中的磁场分布情况 ,考虑了颗粒的磁化饱和 聚集结构 。固化后这种有序结构就根植在基体中 , 过程与非线性磁化过程 ,研究了磁流变弹性体在成 因此它的力学 、电学等诸性能可以由外加磁场来控 链方向的相对磁导率 。得到了磁流变弹性体的磁 制 。由于它兼有磁流变材料和弹性体的优点 ,又克 致剪切模量与颗粒体积比浓度以及磁场大小间的 服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点 , 因而近年来 关系 , 同时研究了颗粒的形状与放置方式对