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磁流变体的研究状况及应用 第3页

更新时间:2011-12-7:  来源:毕业论文
磁流变体在外加场强时,粘度提高有几种理论解释,其中最主要的是相变和成核理论。该理论认为在外加场强由零增高时,弥散在基液中固体颗粒为随机状态,其迁徙和转动受热波动影响,被称作自由相。当场强增加到一定程度后,颗粒磁化,受热波动和场强两方面影响,某些颗粒互相靠拢成有序排列, 称作有序相(或成核)。随后随着场强增加,这些有序相联成长链,且以长链为核心,吸收短链,使链变粗, 构成固态相。相变观点能解释MR的部分现象,但并没有被大多数人所接受,因而还需实验验证。
与相变理论同时存在的是场致偶极矩理论,该理论认为在外加磁场作用下,每一颗粒都极化成磁偶极子,各个偶极子互相吸引形成链(或纤维),MR流变效应强度与偶极子链的力的大小有关,静磁相互作用是该理论的基础。该理论能解释单链强度函数关系式的诸影响因素,也能解释链演变过程的外加场强的三个区域,但该理论不能解释链变粗过程以及强度和粒子体积百分比关系,也不能解释MR强度和粒子大小(单畴和多畴)间的关系。
2.3磁流变液剪切屈服应力的数值分析
1计算模型
铁磁性颗粒在磁场作用下被磁化,铁磁性颗粒之间的磁作用力使颗粒形成链状或柱状聚集结构,直接导致了其流变性能的改变「2}.磁流变液机理的传统分析方法均以单链结构为基础,认为链与链间距离较大,忽略周围链的影响.本文首先对具有平行等间距链状结构的磁流变液进行建模,建模时计及了周围链的影响,并且周围链数可以为任意值.
    假设磁流变液中,外加磁场方向与链起始时的方向一致,由铁磁性球形颗粒形成的单链是理想的,链内颗粒之间的间距相等,并且颗粒大小相等. 在磁场作用下,铁磁颗粒被磁化产生磁偶极矩.2个磁偶极矩分别为m,和m},相距为;的磁偶极子,它们间的磁相互作用能为。1/}1 .  。(2’ 式中:产,为磁流变液中载液的相对磁导率;产。为真空中的磁导率.
    假设磁流变液中链未形成聚集结构,链与链之间平行等间隔排列.假设相邻链与链之间的间隔为Do,链内相邻颗粒之间距离为d} ,颗粒半径大小为R,链的方向与磁场方向一致.任取一颗粒为坐标原点,建立三维直角坐标系,如图1所示.记空间任意位置处颗粒坐标为(.}}}!l.}}.


    假设磁流变液发生剪切变形后,链偏离原来位置角度为8.设颗粒磁偶极矩大小相等,记为,,并且方向相同,与磁场方向一致,则式(2)变为
设剪切在x方向,颗粒只发生x方向位移,记论文网http://www.lwfree.com/
为u,则剪应变为 一答,有
                                                            乙
设剪切在x方向,颗粒只发生x方向位移,记
为u,则剪应变为 一答,有 发生剪切变形后,颗粒新位置坐标为(x+yz,y,z)有
                                                            乙
将式(S),(6)代人式(3),得
 
    位于坐标原点处的颗粒与位于空间各处的颗粒之间都有磁相互作用能,对式(7)求和就可以得到位于坐标原点处的颗粒受到的磁相互作用能总和为
式中艺为对空间各处颗粒求和.
    体积为}'   3颗粒体积比浓度为甲的磁流变液中磁能密度为
    上式对剪切应变Y求导,即可得到由于磁场引起的附加剪切应力.磁流变液中铁磁颗粒总数为有限值,可交换求和与求导的顺序,得_退一9m2*  ay   32}Z}}声3名
    记x=kD。,y = LD。,z一nd。,间距排列,故k,l,n都为整数.令入-由于链平行等子即相邪键间距离与链内相邻颗粒距离的比值,式(10)成为 
为所考虑空间范围内离坐标原点最远处颗粒的坐标值. 
如果不考虑周围链的影响,按照单链模型偶极子理论,磁流变液的磁致剪切应力为}s7由上式即可得到按单链模型计算时的误差,且比误差与链内相邻颗粒距离无关.
2链状结构的剪切屈服应力分析

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