论文部分内容阅读
电流变液是一类智能材料，一般由纳米到微米尺度的介电颗粒与绝缘的基体组成，它的流变特性能够通过外加的电场来控制。电流变液力学性能可控性使得其具有广泛的工业应用前景，近半个世纪电流变液的研究是智能材料研究领域的一个重要课题。随着近几年，巨电流变液的制备和机理解释方面研究的新进展，电流变液的研究再次成为新的热点。本论文对电流变液的力学性能做了系统的实验研究，对电流变效应的力学响应机理作了进行了探讨。
本文首先采用草酸共沉淀法制备了钛酸钙颗粒，分散于硅油中得到一组性能优良的电流变液。使用流变仪表征了电流变液流变性能的主要参数，测试了静态剪切模式下的应力应变响应，连续剪切模式下应力随剪切速率的变化关系，振荡剪切模式下储能模量和损耗模量随应变以及频率的变化关系。对影响电流变液力学性能的主要因素进行了研究，讨论了颗粒体积分数、电场强度和温度对静态剪切屈服应力和动态剪切应力的影响，并研究了颗粒体积分数、电场强度、温度和振荡频率对储能模量和损耗模量的影响。实验研究表明：一定颗粒体积分数范围内，颗粒体积分数的增大使得材料在各模式下应力和模量都相应增大：电场强度和温度的升高，则可以提高材料的屈服强度，以及材料的损耗模量和储能模量。在震荡剪切中由于频率的增加可以增加摩擦，从而使材料的损耗模量增加。而剪切应变的增加会使得模量急剧下降，应变达到一定值可以破坏材料的结构。
本文对力学响应机理作了进一步的探讨，在电流变液机理研究方面，更多的是对电流变效应定性的进行分析，很少有给出定量的数学关系式表达各要素之间的关系。本文在大量实验的基础上以理论推导和实验数据拟合的方法给出了剪切应力和振荡剪切过程中损耗模量随各自影响要素的半经验数学关系式。一方面本文得到了剪切应力随剪切应变、温度以及电场强度等变化参数的半经验数学关系式。理论值与实验结果的对比表明，本文剪切应力表达式与实验结果符合较好，可以用于预测材料在静态剪切模式下的剪切应变，温度和电场强度对剪切应力的影响。另一方面给出了损耗模量与颗粒体积分数、振荡频率、温度以及电场强度等参数的半经验数学关系式。理论值与实验结果的对比表明，本文损耗模量表达式与实验结果符合较好，可以用于预测直流电场下钛酸钙系电流变液在动态振荡剪切模式下颗粒体积分数、温度、电场强度、频率和剪切应变对损耗模量的影响。