磁流变弹性体(MRE)制备材料及磁场计算分析.pptVIP

MRE隔振器(挤压工作模式) MRE-Based Isolator (Squeeze mode) * * 1 材料的选取 选用常用的两相组分配方： 基体材料：使用?704?硅橡胶(弹性模量E=3Mpa)作 为基体材料，该橡胶在室温下即可固化。 磁性颗粒：选用直径为?3～8?μm左右的球形羰基铁粉。按体积浓度为27%的比例量取原材料(Davis指出，该体积浓度下磁流变弹性体将有最佳的磁控性能）。 * * 常用的基体材料为： soft silicone elastomers 软质硅橡胶, poly (vinyl alcohol)聚乙烯醇 gelatin 明胶 hard natural rubber 硬质天然橡胶 RTV polyurethane sealant 室温硫化的聚氨酯密封胶 * * 由于对磁流变弹性体的刚度的控制需要使用变化范围较大的交变磁场(0-800mT)，因此隔振器的导磁材料应满足以下要求: 导磁材料 * * 1) 具有较高的导磁率 导磁材料的主要作用是使励磁线圈产生的磁场按照设计的磁路顺畅通过，尽量减小磁场的损失。在对磁流变弹性体隔振器的控制中需要施加较大的磁场，因此必须保证导磁材料具有较大的磁导率，不能在磁路中形成磁通瓶颈。 此外，当励磁线圈匝数、励磁电流一定时，较高的磁导率能产生较大的磁场。通常这类材料属于软磁材料，其磁滞回线所包括的面积小，矫顽力低，磁化曲线在饱和前上升陡。 * * 2)具有良好的退磁性能 断掉励磁电流时要求导磁材料能快速退磁，使磁流变弹性体的模量迅速减小，即刚度迅速变小，达到对隔振器进行有效控制的目的。 * * * 3)具有较小的温度系数、减落系数和老化系数 由于磁流变弹性体隔振器有可能长时间工作，因此其温度变化范围较大，因此要求导磁材料的磁导率在一定的温度、时间范围内具有较小的温度系数、减落系数和老化系数，使隔振器能长期稳定工作。 * 4)具有较高的性价比 器件任何材料的选择在满足相关性能的条件下，避免采用价格昂贵的材料减小隔振缓冲器的制造成本，有利于器件的大规模推广使用。 * * * 综合以上分析，本设计选择纯铁作为磁流变弹性体隔振缓冲器的导磁材料。纯铁具有较高的磁导率和磁饱和感应强度值，矫顽力小、价格低、冶炼方便、加工性能良好，同时也满足对隔振器的刚度要求。 * 2 MRE制作工艺 为获得更大的磁流变效应，提高系统的灵敏度，在有磁场的条件下制备磁流变弹性体。将硅橡胶与球形羰基铁粉搅拌均匀后，把混合物放入φ50mm×20mm的模具中施加均匀高磁场经过12h固化，即可得到所需的磁流变弹性体材料。（真空） * * 3 工作模式 本隔振器选取挤压工作模式，如下图所示。在这一工作模式下的磁流变弹性体，其外加磁场方向与颗粒的成链方向一样也是平行的，而外加载荷方向与成链方向也平行，即基体中的颗粒受到挤压，因此称之为挤压式。在这一工作模式下的磁流变弹性体减振器具有非常强的非线性，但其结构简单，可以承受较大的载荷。 * * 4 MRE隔振器结构示意图 挤压式MRE隔振器结构示意图如下图所示，隔振器通过螺栓将设备与基座相连，以保证其在挤压模式下工作。 * * 5初始性能（理论值） 根据Guth在1945年提出的公式，我们可以确定添加了球形羰基铁粉后硅橡胶在零磁场作用下的弹性模量,参见(1)式： E0=E (1+2.5φ+14.1φ2) (1) 式中：E—基体材料，即硅橡胶的弹性模量，取2-4Mpa。 φ—球形羰基铁粉的体积含量，取27% * * 尽管上式是基于各向同性，即颗粒随机分布的材料而言的，Meinecke和Taftaf在1988年已经通过试验证实，对于本设计中采用的这种颗粒预先成链的混合材料公式也是成立的。 进而，磁流变弹性体的初始弹簧刚度可以通过(2)式推算得到： （2） 式中：E0—初始弹性模量，由(1)式确定 A—MRE截面面积 L—MRE高度 * * 由于本设计中,MRE是在有磁场作用下制备的,根据Bossis等1999年提出的研究成果，此时铁磁性颗粒制备的弹性体要比非磁性颗粒制备的弹性体刚度高出20%，因而，MRE弹性体的初始刚度由(3)式确定： K0=(1+20%)K