静磁场下磁流变材料固体颗粒的链化分析.pdfVIP

固体力学学报 V01．26S．Issue 瓣褚 2005 ACTAMECHANICASOUDASINICA August 静磁场下磁流变材料固体颗粒的链化分析’ 李海涛 彭向和 (重庆大学工程力学系，重庆，400044) 摘要磁流变材料在磁场作用下所表现出的特殊性质主要由其微观结构的变化所致．无外加磁场时，磁流 变材料的铁磁性颗粒呈无序状悬浮于载液中．一旦受磁场作用，颗粒逐渐沿磁场方向排列．最后达到一种稳定的链 状有序结构．该文从颗粒的相互作用出发，分析颗粒所受的磁力、接触时所受的排斥力和运动时的粘性阻力。在具 体分析两个颗粒运动过程的基础上模拟了二维状态下磁性颗粒的成链演化过程． 关键词磁流变材料，磁偶极子．链化，模拟 0引言 ‘ 磁流变材料是由微米量级的铁磁性颗粒悬浮于 载液(如硅油等)中形成的一种固液两相材料．无外 磁场作用时，它具有良好的流动性，在外加磁场作用 下，可在毫秒级时间内转变为高粘度、低流动性的类 固体。其表观粘度可以增加两个数量级以上。屈服应 (a)无外磁场时，颗粒随机分布于载液中 力可达100kPa，并且此过程具有可逆性．加上易于控 制、安全可靠、低耗高效等优点，磁流变材料在制动 器、阻尼器、液压元件、密封装置、精密抛光等众多领 域展现出广阔地应用前景． 磁流变材料的特性研究主要集中在力学行为与 各种影响因素关系的描述，通过建立分析模型来描 ∞磁场作用下颗粒链状排 述磁流变材料的屈服应力、表观粘度、动态剪切应力 等…．在磁流变效应的机理解释方面。主要是相变理 图l磁流变液的微观结构 论和场致偶极矩理论“1．外加磁场下颗粒磁化为偶 B=_‘co(H4-M) (I) 极子，其相互作用导致微观结构的形成。最终形成沿 磁场方向排列的链状聚集体，这一点已被实验所证 其中产。为真空磁导率．Z为磁化率。磁化强度M= 实．见图1所示的观测结果． Z日． 本文采用数值模拟方法研究了磁流变材料的成 假设磁流变材料中的固体铁磁性颗粒为圆球 链过程考虑颗粒运动时所受到的磁力、排斥力和粘 状，大小一致，其半径为a，载液不可磁化．颗粒被磁 性阻力，建立动力学模型，在详细分析两个颗粒在载 化后产生的磁矩为o】 液中运动规律的基础上，模拟了磁场作用下磁流变 (2) m=VM=÷M3z日 材料链状微结构形成的过程． 式中。l，是单个颗粒的体积．颗粒』在颗粒f处产生 1模型 的磁感应强度为 1．1动力学模型 由磁性物理学知识，磁场强度日和磁感应强度 (3) 日一静+器(叶一h 口之间存在关系 ·国亲自然科学基金重点项目和重庆市科委攻关项目(9414)资助 固体力学学报 2005年第26卷 其中h表示两