【摘 要】
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电流变效应的机理研究,一直是电流变技术领域的核心研究内容,其成果无论是对电流变材料的配方设计还是工程应用都是至关重要的。虽然电流变材料已具备kPa级的屈服应力,但对于
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电流变效应的机理研究,一直是电流变技术领域的核心研究内容,其成果无论是对电流变材料的配方设计还是工程应用都是至关重要的。虽然电流变材料已具备kPa级的屈服应力,但对于工程实践中MPa级的要求仍存在很大差距,因此电流变效应机理的准确而全面的表征还需要深入研究。然而,在动态耦合环境(电场、流动场)中,基于俘获效应来研究电流变效应机理的理论和实验工作,在该研究领域还是一个新的课题。鉴于此,本文建立了电流变悬浮液的动态耦合数学模型,通过可视化科学实验和模拟仿真工作,研究电流变悬浮液的“结构-力”动态耦合关系,并寻求决定基于俘获效应的“结构-力”动态耦合强度和完成时间的关键因子。首先,基于俘获效应现象,综合运用电介质物理学、流变学和电动力学,并结合传统的电流变悬浮液动力学方程,分析电敏颗粒在电场和流动场耦合作用下所受的主要作用力,建立了能够表征电流变悬浮液的“结构-力”动态耦合关系的动态耦合数学模型。其次,利用分子动力学方法数值模拟了电流变悬浮液在静态场和动态耦合场(电场、流动场)下电敏颗粒的运动规律,即在静态场下电敏颗粒在静电极化力作用下集聚成链状结构,而在动态耦合场下电敏颗粒由于受到俘获作用力的影响而被链状网络结构俘获,从而致使控制流动场内电流变悬浮液的亚微观结构与力学性能产生一个动态耦合过程。最后,通过可视化科学实验观测研究了电流变悬浮液在静态场和动态耦合场(电场、流动场)下的亚微观结构演变规律。对比分析可知,静态场下不存在俘获效应,而动态耦合场下由于俘获效应的存在,致使链状网络结构能够俘获来自控制场内上游的自由电敏颗粒,从而引起控制场内电流变悬浮液的固相分率Ф、密度ρ以及颗粒的堆积形式N发生改变(亚微观结构产生形变),进而改变电流变悬浮液的宏观力学性能,即“结构-力”的动态耦合,该结果与模拟仿真基本吻合。
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