柱状和层状结构磁流变弹性体剪切模量的数值计算‘.pdfVIP

助 叙 材 料 2006年第5期(37)卷 柱状和层状结构磁流变弹性体剪切模量的数值计算 ‘ 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，安徽合肥230027) 摘 要:从颗粒间的磁相互作用能出发，计算了磁流 2 计算模型 变弹性体的磁致剪切模量。考虑了链内颗粒和相邻链 中颗粒的影响，修正了磁流变弹性体的磁偶极子模型。 两个磁偶极矩分别为m，和m2，相距为芬的磁偶 构建了体心立方结构和简单立方结构计算模型，分别 极子，它们间的磁相互作用能为: 考虑了柱和层状聚集结构的大小以及其间距，对含柱 _ 1 ，m。·m， 状结构和层状结构的磁流变弹性体的力学性能进行了 七1，片 — I— 子·，(in,子·’)(’‘ 4甲o,Uf、 r 计算。计算结果表明，单层模型的磁流变弹性体磁致 其中tt，为磁流变弹性体中基体的相对磁导率。 剪切模量比单链模型的预报值高约48%。在提高磁 假设磁场方向与链起始时的方向一致，由铁磁性 流变弹性体的磁致剪切模量方面，层状结构优于柱状 球形颗粒形成的单链是理想的，颗粒之间的间距相等， 结构。 并且颗粒大小相同。假设链与链之间平行等间隔排 关键词:磁流变弹性体;剪切模且;磁偶极子 列。设相邻链与链之间的间隔为Do，链内颗粒间距为 中图分类号:0326;TB381 文献标识码:A do,颗粒半径为R。建立三维直角坐标系，如图1所 文章编号:1001-9731(2006)05-0720-03 示。记空间任意位置处颗粒坐标为((x,Y,Z). 1 引 言 磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支。它 是由橡胶等弹性基体和铁磁性颗粒组成，混合有铁磁 性颗粒的基体在外加磁场作用下固化，由于磁流变效 应，铁磁性颗粒在磁场方向形成链或柱状等聚集结构。 固化后这种有序结构就根植在基体中，因此它的力学、 电学诸性能可以由外加磁场来控制。由于它兼有磁流 变材料和弹性体的优点，又克服了磁流变液沉降、稳定 Fig1Sketchofcartesiancoordinates 性差等缺点，因而近年来成为磁流变材料研究的一个 设发生剪切变形后，链偏转角度为Bo颗粒磁偶极 热，A一53。 矩大小相等，记为m，方向与磁场方向一致，则(1)式变 磁场引起的磁流变弹性体的附加剪切模量即磁致 为: 剪切模量，能够反映磁流变弹性体可控性能的大小，是 。 m2 ，1一3cos2O, 其主要力学性能指标之一。Davis通过理论计算发现， 乙,9今 — I— I t乙) 47r,uo,u八 r0 ) 磁流变弹性体中颗粒的最佳体积比浓度为27 ，此时 设剪切在x方向，颗粒只发生x方向位移，记为 磁饱和后其剪切模量相对改变量约为5000[1)。在当 u，则剪应变为 — 一 ， Y=tg8 颗粒新坐标为(x+yz,y, 前条件下制备出的磁流变弹性体的可控性仍然十分有 限，限制了它在工程中的广泛应用。