磁流变弹性体(MRE)制备材料及磁场计算分析
一种刚度_阻尼可控的新智能材料_磁流变弹性体
A Ne w Smart Material with Controllable Stiffness and Damping — — — Magnetorhedogual Elastomer
YU Miao , YAN Xiao rui ,MAO Linzhang
[ 4 ,6 ,8 ]
,计算磁场下颗粒之间的相互作用能和能量密度 , 对
剪应变求导 ,则得出 MR E 在磁场下的磁致剪切模量 。按照偶 极子理论 ,在外加磁场下 2 个偶极子的相互作用能 ( 如图 4) 为 :
1 E12 = π 4μ 1μ 0
m1 ・m2 - 3 ( m1 ・er ) ( m2 ・ er ) | r| 3 ( 1)
MR E 性能的改进和工程应用打下了基础 [8 ,9 ,11～15 ] 。
将式 (2) 对剪应变ε求导 ,得到由磁场引起的附加剪应力 : 2 2 ε ( ε ) σ= 5U = 2 9 < 4 3- 3 | m| 2 7/ 2 (3) ε 2πμ1μ0 d r 0 ( 1 +ε ) 5 故由磁场引起的附加剪切模量为 : 4 2 2 ε ε σ (4 - 27 + 4) <J p 5 G = ε = 3 2 9/ 2 μ1μ0 h ( 1 +ε ) 5 8
Key words magnetorheological elastomer ,smart materials ,dipole model ,vibration co nt rol
0 前言
磁流变材料是一类具有流变特性可控的智能材料 ,在磁场 作用下 ,其流变特性可发生连续 、 迅速和可逆的变化 。目前研究 较多的是磁流变液 。磁流变液主要由铁磁性颗粒和载液两部分 组成 。铁磁性颗粒是尺寸在微米级范围内的球形颗粒 ,该颗粒 密度较高 (7～ 8g/ cm3 ) , 一般选用具有高磁导率的羰基铁软磁 磁粉 。载液一般优先考虑的是硅油 、 煤油或合成油 。此外 ,为了 克服 MRF 稳定性差等缺点 ,还需加入一些添加剂来确保 MRF 良好的团聚稳定性和沉降稳定性 [1～3 ] 。 磁流变弹性体 ( Magneto rheological elasto mer , MR E) 是磁 流变液的固体模拟 ,它是由橡胶和可磁化颗粒组成 ,混合有可磁 化颗粒的橡胶在外加磁场作用下固化 , 使颗粒在基体中形成有 序结构 ( 图 1 ( a) 和 ( b ) 分别为颗粒固化前 、 后的微观结构 ) 。固 化后这种有序结构就根植在基体中 ,因此其力学 、 电学 、 磁学诸 [4 ] 性能可由外加磁场来控制 。由于磁流变弹性体在克服磁流变 液沉降 、 稳定性差等缺点的同时 , 保留了磁流变材料刚度 、 阻尼 可控的性质 ( 表现为其弹性 、 剪切储能模量与损耗因子等可控 ) , 因而成为近年来磁流变材料研究的一个热点 [ 5～10 ] 。
磁流变弹性体
磁流变弹性体材成三班1120910318 刘思凯摘要:磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomet，MRE)是将磁性颗粒散布于固态状者凝胶状的基体中，固化后制备出的一种新型磁流变材料。
磁流变弹性体的磁流变效应可控且可逆，响应速度非常快(毫秒级)。
磁流变弹性体很好地解决了磁流变液的颗粒沉降稳定性问题，而且也不需要密封装置，所以给工程应用带来了巨大的方便。
关键词:磁流变弹性体原理制备力学分析应用引言:磁流变材料是一类具有流变特性的智能材料，在磁场的作用下，其流变特性可发生连续的、迅速的和可逆的变化。
近十余年来对磁流变材料的研究引起了学术界和工业界的普遍关注。
研究最多的是磁流变液。
它一般是由固体颗粒分散溶于载液中制成的非胶体悬浮液 .在磁流变液中使用最多的固体颗粒是铁、钴、镍等尺寸为微米级的软磁材料。
为了改善磁流变液的团聚稳定性和沉降稳定性，研究者们做了许多工作，如加人表面活性剂、防沉剂，用有机聚合物包覆磁性颗粒等，取得了许多进展。
但由于这些磁性材料的密度较高(7~ 8g／cm。
)，而一般载液(如硅油、矿物油等)密度较低(0．7～0．95g／cm。
)，因密度差所引起的磁性颗粒的沉降仍然是困扰磁流变液某些应用的棘手问题。
制备综合性能都令人满意的磁流变液或其它形式的磁流变材料仍然是国内外智能材料领域研究的热点. 磁流变弹性体(magnetorheological elastomer，缩写为MRE)是磁流变液的固体模拟。
在磁流变弹性体中载液被橡胶所代替。
使用磁流变固体材料的明显优点是颗粒不会随时间而沉降，也不需要将磁流变材料保持在工作位置的密封装置。
然而，磁流变弹性体只能工作于屈服前的状态，即具有可受磁场控制的弹性模量，而磁流变液通常工作于屈服后的状态。
这就使得磁流变液与磁流变弹性体各有其独特之处，而不能取而代之。
正文:1磁流变弹性体主链吸附模型1)磁流变弹性体主链吸附模型计算出的磁致剪切模量较理想化单链模型小，这与实际制备出的磁流变弹性体内颗粒问所受到的磁作用力情况更为接近，并考虑了耦合场作用对链外颗粒的影响．该模型所推导的计算公式能够反映出各因素与磁致剪切模量之间的关系．2)在制备磁流变弹性体时，外加磁场强度、颗粒体积比、颗粒大小及形状、颗粒的磁化性能等均会对磁致效应产生影响，故需对以上因素进行优化组合，以获得具有良好磁致效应的磁流变弹性体．剪切应变对磁流变弹性体的工作性能会产生影响，但小应变情况下剪切应变对磁致剪切模量的影响不大．2磁流变弹性体的力学模型磁流变弹性体在磁场固化时，颗粒在基体中聚集成链状、柱状或层状结构，得到各向异性料，称为预结构化磁流变弹性体。
磁流变弹性体(MRE)制备材料及磁场计算分析
2012-11-4
19
因此在磁路中就产生了相当于电路中电流的物 理量，称为磁通Φ 。 此外还采用类似于电路中电阻的物理量——磁 阻Rm来表示磁路的特性。
2012-11-4
20
磁路与电路对比 磁路 磁势 F 磁阻 磁通 F=NI Rm Φ 电势U 电阻 电流 电路 U=Ed R I
2012-11-4
2012-11-4
9
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φ 50mm×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）
2012-11-4
10
3 工作模式
1220121145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参125141球形羰基铁粉的体积含量取27132012114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
一方面，励磁线圈匝数必须足够多，以保证产生较 大的磁场，使磁流变弹性体达到磁饱和状态;另一方面 需要考虑隔振器结构复杂性、发热要求等因素，因此需 要计算得到最少线圈匝数值。
2012-11-4
16
磁路概念的建立是基于铁磁物质的磁导率大大超过了 非铁磁物质的磁导率，也就是说，由磁导率大的导磁体构 成磁通的路径，则磁通主要在这种路径——磁路中通过。 以下的设计计算中忽略了磁漏效应。
2012-11-4
25
谢谢！
乔治 2012-05-24
磁流变弹性体的性能研究
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY845第70卷第11期Vol.70 No.112023年11月N o v.2023磁流变弹性体的性能研究王 静，MUHAMMAD Wasim Asim ，危银涛（清华大学 车辆与运载学院，北京 100084）摘要：以天然橡胶为基体制备磁流变弹性体（MRE ），研究MRE 的Payne 效应及磁感应强度和磁流变效应。
扫描电子显微镜分析得出，对于羰基铁粉质量分数最大（81.67%）的MRE ，羰基铁粉分布密集，出现羰基铁粉团聚现象。
流变仪测试结果表明：随着羰基铁粉质量分数的增大，MRE 的Payne 效应和磁流变效应增强；随着应变的增大，MRE 的储能模量减小，损耗因子增大。
关键词：磁流变弹性体；羰基铁粉；天然橡胶；磁流变效应中图分类号：TQ330.1＋2 文章编号：1000-890X （2023）11-0845-05文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2023.11.0845近年来，随着社会的快速发展，人们的生活方式发生了很大的变化，对新技术、新智能材料的需求越来越大，智能材料成为科学研究的热点之一。
磁流变材料作为智能材料在当今世界工业中具有巨大的应用潜力。
根据外部磁场的不同，它们表现出不同的流变性能和粘弹性，如剪切应力、屈服应力、动态模量和阻尼特性。
随着磁感应强度的变化，磁通密度也发生变化。
在某些应用中，磁流变材料的剪切应力、温度和化学成分等会随着环境而改变，因此很难控制磁流变材料的这些特性[1-5]。
磁流变材料在汽车、医疗、印刷等领域有着广泛的应用[7-10]。
根据应用场合的不同，磁流变材料有不同的种类，如磁流变液（MRF ）、磁流变凝胶、磁流变泡沫和磁流变弹性体（MRE ）[6]。
MRE 是一种固体软质材料，克服了MRF 存在的泄漏及沉降问题[11-14]，并避免了因沉积导致的磁流变效应的 降低。
磁流变弹性体减震器测试与力学建模
第 43 卷第 5 期2023 年 10 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 5Oct.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis磁流变弹性体减震器测试与力学建模∗刘强1，2，徐凯1，占晓明2，郑涛2（1.中国海洋大学工程学院 青岛，266100） （2.浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 杭州，310014）摘要磁流变弹性体（magnetorheological elastomers，简称MRE）的力学性能呈现复杂的非线性特性，建立MRE减震器的力学模型以表征其动力学特性是进行智能振动控制应用的关键。
针对有参模型参数识别困难、无参模型易陷入局部最优等问题，根据MRE减震器的力学特性试验结果，建立思维进化算法（mind evolution algorithm，简称MEA）优化的BP神经网络模型来描述MRE减震器的力学特性，并对比了参数化建模与非参数化建模的差异性。
研究结果表明：线性K‑C模型仅能描述MRE减震器的线性力学特性；Bouc‑Wen模型能较为准确地表征其中心对称非线性力学特性；MEA‑BP神经网络能准确预测MRE减震器的非线性力学特性。
研究成果为MRE减震器的设计及应用提供了参考。
关键词磁流变弹性体减震器；思维进化算法；BP神经网络；力学建模中图分类号TB535.1引言磁流变弹性体减震器是一类智能半主动减振装置，其刚度和阻尼可以随着施加的磁场大小和方向变化。
MRE可在磁场或非磁场的条件下进行固化，形成各向同性或各向异性的类橡胶聚合物，通过改变MRE周围的磁场强度，可以使内部铁磁颗粒获得运动的偶极矩，实现刚度的可调性。
MRE响应迅速、能耗低，避免了传统磁流变液颗粒沉积、密封问题等缺陷，成为车辆悬架、民用建筑、精密仪器和其他振动控制应用中的首选材料［1‑2］。
为了实现MRE的振动控制应用，建立能准确表征MRE的力学模型十分必要。
实用型磁流变弹性体的研究
实用型磁流变弹性体的研究1陈琳1，龚兴龙1，江万权21中国科学技术大学力学和机械工程系，中国科学院材料力学行为与设计重点实验室，安徽合肥（230027）2 中国科学技术大学化学系，安徽合肥（230026）Email：gongxl@摘要：磁流变弹性体（MREs）是一种由高分子聚合物和磁性颗粒构成的新型智能材料，它的力学、电学、磁学等诸性能可以由外加磁场来控制，因此磁流变弹性体在航空航天、舰船、振动控制等领域具有广泛的应用前景。
但目前国际上研制的磁流变弹性体存在机械性能不够好和磁致效应不够强的问题，这制约了基于磁流变弹性体器件的设计和应用。
为了制备出实用型磁流变弹性体，本文对其制备条件进行了研究，包括基体类型、预结构化时磁场强度和温度、增塑剂和磁性颗粒含量对磁流变弹性体磁致效应的影响。
结果表明，以天然橡胶为基体的磁流变弹性体，在高于600mT磁场强度下，当磁性颗粒含量为80％（质量比）时，剪切模量的相对增量达133％；而当磁性颗粒含量为90％时，剪切模量的绝对增量达4.5MPa.此结果超过了当前国内外在同类型研究中的最佳报道。
本文还对磁流变弹性体应用环境进行了实验研究，结果表明磁流变弹性体在小应变下显示出更强的磁致效应；而激励频率不改变材料的磁致模量。
关键词：磁流变弹性体，磁致效应，磁致模量，机械性能中图分类号：TB3811. 引言磁流变材料是一类新型功能材料和智能材料。
由于其响应快（ms量级）、可逆性好（撤去磁场后，又恢复初始状态）、以及可以通过调节磁场大小来控制材料的力学、电学、磁学等性能连续变化，因而在航空航天、汽车、振动控制等领域具有广泛的应用前景[1]。
Rabinow1948年发现磁流变效应[2]，磁流变液是最早出现的磁流变材料，它是由微米或亚微米尺寸软磁性颗粒均匀分散于液相中所构成的悬浮体系。
磁流变液在外加磁场作用下，产生类似液－固相变，相变结果不仅使整个原悬浮体系从牛顿流体转变为非牛顿流体，还表现出屈服应力和表观粘度有2～3个数量级的变化[3-5]。
制备磁场强度对磁流变弹性体性能及组织的影响
毕 业 论 文题 目： 制备磁场对磁流变弹性体性能的影响院： 机械工程学院 专业： 材料成型及控制工程 班级： 0803 学号：200802050333 学生姓名： 王成 导师姓名： 孙小刚 完成日期： 2012年6月诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目：制备磁场对磁流变弹性体性能的影响姓名王成学院机械工程学院专业材料成型班级0803学号080333 指导老师孙小刚职称讲师教研室主任李东峰一、基本任务及要求：1.查阅磁流变弹性体的相关资料；2.对文献资料中涉及的磁流变弹性体制备方法进行总结；3．设计磁流变弹性体的制备工艺；4.基体材料选择及铁粉准备；5.选择不同的制备磁场制备磁流变弹性体;6. 对磁流变弹性体进行性能测试及显微组织分析；7. 对实验结果进行分析，系统的研究制备磁场对磁流变弹性体显微组织及性能的影响。
二、进度安排及完成时间：1. 3月2日～3月21日，查阅资料、撰写文献综述和开题报告；2. 3月22日～4月4日，课题调研、资料收集、方案设计；3. 4月5日～5月2日，试验研究及结果分析；4. 5月3日～5月23日，撰写毕业论文；5. 5月24日～5月30日，将毕业论文送指导老师审阅、评阅老师评阅；6. 5月31日～6月12日，毕业论文答辩和资料整理。
制备磁场强度对磁流变弹性体组织性能的影响摘要：磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料。
由于其响应快、可逆性好（撤去磁场后又恢复初始状态）、以及通过调节磁场大小来控制材料的力学性能连续变化，因而近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用。
磁流变弹性体磁致硬化及塑性流动行为模拟
摘要磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomers,简称MRE）是功能材料中重要的一类，是由微米级的铁磁性颗粒嵌入到软的非磁性弹性基体组合而成的复合材料。
在磁场作用下，该类材料有着独特的力学性能，主要包括磁致变形，弹性模量的增大，以及磁形状记忆。
以往的研究表明，颗粒之间的磁作用和颗粒与基体之间的力学作用是决定该材料整体性能的关键所在。
为了揭示MRE在磁场下所表现出来的力学性能，本文在前人弹性棒模型的基础上进行改进，提出等效刚度的弹性棒模型，并在模型中考虑颗粒吸附和脱离，主要研究内容和成果如下：1）分析了目前计算MRE力学行为的几种主要方法，指出其不能解释实验现象的原因是没有考虑颗粒在磁场下的吸附行为。
然后针对简单的直链模型，考虑到颗粒的相对位置在磁场下是可以发生变化的，颗粒之间会发生吸附和脱离，定性的计算了其拉伸卸载过程中颗粒位置的变化过程。
验证了如下预测：颗粒之间的相互吸引是刚度增大的主要原因，吸附颗粒的脱离是产生塑性流动的关键所在。
2）本文基于力的分解与合成的等效原理，利用不同填充比下试件的整体弹性模量实验拟合公式，推导了微观颗粒之间弹性棒的等效刚度计算公式。
利用等效刚度弹性棒模型计算无磁场下MRE的拉伸弹性模量，与经验公式得出的结果很吻合。
3）基于所提出的等效刚度弹性棒模型，考虑磁场的作用以及部分颗粒会吸附的事实，建立了MRE的磁偶极子-等效刚度弹性棒耦合模型，简称球-棒单元物理模型。
利用该模型模拟了在不同磁场下颗粒呈随机分布的MRE的拉伸卸载行为。
计算结果与实验结果有类似的规律：都可以得到磁致硬化，塑性流动和残余应变现象。
利用颗粒的微观排列结构的变化过程，可以合理的解释产生上述现象的机理。
4）为了能够更加真实的模拟MRE内部颗粒分布情况，在球-棒单元物理模型基础上，引入虚拟颗粒概念，提出虚拟颗粒和实际颗粒混合模型。
模拟了MRE在磁场下磁致伸缩现象，利用颗粒排列变化情况合理地揭示了磁致伸长或者缩短现象的机理。
磁流变弹性体制备及其在精密加工应用研究进展
磁流变弹性体制备及其在精密加工应用研究进展*龙浩天1， 路家斌1， 胡 达1， 邓家云2， 付有志3， 阎秋生1（1. 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006）（2. 昆明理工大学 机电工程学院，昆明 650031）（3. 广东技术师范大学 机电学院 ，广州 510665）摘要 磁流变弹性体（magnetorheological elastomer ，MRE ）是一种磁控智能材料，可通过调节外加磁场强度对其机械性能（如刚度、弹性模量、固有频率、阻尼能力等）进行连续、可逆的控制，在振动控制、机械工程、土木工程等领域得到了广泛的研究和应用。
将MRE 作为一种磨抛工具，利用磁场改变其刚度等性能来控制磨抛过程的机械去除，有望在精密加工领域得到广泛的应用。
本文介绍了MRE 的制备材料、制备方法和工艺，分析了外场（磁场和温度场）对MRE 性能的影响规律，阐述了基于磁偶极子理论和宏观力学的本构模型，为MRE 制备研究和实际工程应用提供指导，综述了MRE 在精密加工领域的应用状况和未来发展方向。
利用MRE 的磁控性能变化可以较好地应用于精密加工，具有很好的发展前景。
关键词 磁流变弹性体；磁流变效应；磁控性能；精密加工中图分类号 TG580.61 TQ330 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)02-0218-15DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0096收稿日期 2022-06-23 修回日期 2022-07-26磁流变弹性体（magnetorheological elastomer ，MRE ）是将微米级的磁性颗粒加入高分子聚合物中固化而成的磁控智能材料[1]。
在外加磁场的作用下，MRE 中的磁性颗粒与基体之间会产生一个相互作用力，在宏观上表现为刚度、弹性模量等机械性能的变化。
利用该特性，MRE 已被广泛应用于振动控制、仪器仪表、机械工程、土木建筑等领域[2]，如可调谐隔振器[3]、智能基础隔振系统[4]和自适应刚度敏感显示面板[5]。
磁性材料的合成与性能分析
磁性材料的合成与性能分析哎呀，要说这磁性材料，那可真是个神奇又有趣的东西！你知道吗？就像有一次我在实验室里捣鼓磁性材料的合成，那场面简直像一场奇妙的冒险。
咱们先来说说磁性材料的合成吧。
这可不是随便把几种东西混在一起就能行的。
得像个大厨精心调配食材一样，精准地控制各种成分和条件。
比如说，在合成铁氧体磁性材料的时候，那温度、反应时间，还有原材料的纯度，每一个环节都得拿捏得死死的。
我记得有一回，就因为温度稍微高了那么一点点，结果合成出来的材料磁性就大打折扣，当时我那个郁闷啊，感觉就像精心准备的一场考试考砸了一样。
再说说磁性材料的性能分析。
这就像是给这些材料做一场全面的“体检”。
得看看它们的磁性强度够不够，稳定性好不好，还有磁滞回线是不是漂亮。
就拿磁性强度来说吧，有时候看着那些测试数据，心里就跟坐过山车似的。
要是强度达标，那心情瞬间飞扬；要是不达标，就得从头再来，找原因，做改进。
合成磁性材料就像是培育一颗种子，需要耐心和细心。
比如说合成钴基磁性材料，得先把钴盐、其他金属盐还有一些添加剂按照特定的比例配好，然后在特定的容器里进行反应。
这个过程中，搅拌的速度、溶液的酸碱度，都能影响最终的结果。
有一次我搅拌得太急了，导致材料出现了不均匀的情况，那可真是“欲速则不达”啊。
性能分析呢，则像是给长大的“树苗”评估健康状况。
通过各种仪器和测试方法，比如振动样品磁强计、超导量子干涉仪等，来获取磁性材料的各种性能参数。
这些仪器就像是医生的听诊器和显微镜，能帮我们发现材料的“病症”和“优点”。
在研究磁性材料的过程中，我还发现了一个有趣的现象。
有时候，同样的合成方法，只是因为原材料的产地不同，最终得到的磁性材料性能也会有所差异。
这就好比同样是做一道菜，用不同地方的食材，味道可能就不一样。
总之，磁性材料的合成与性能分析，既是一门严谨的科学，也是一场充满惊喜和挑战的探索之旅。
就像我在实验室里经历的那些起起落落，每一次失败都是通往成功的一步，每一次成功都是对努力的最好回报。
磁性材料的制备及其性质分析
磁性材料的制备及其性质分析磁性材料是指具有磁性的各种材料，其磁性来源于材料内部的微观磁场，该磁场由材料内部的离子、原子、分子、电子等微观粒子所构成。
磁性材料广泛应用于电子、信息、医疗、化工等行业，如磁盘、磁芯、磁条、磁粉、磁性液体等。
本文将探讨磁性材料的制备及其性质分析。
一、磁性材料的制备1.物理制备法物理制备法主要利用物理手段制备磁性材料，如电子束、激光、真空蒸发、溅射等。
例如，用溅射法制备出的磁性薄膜具有均匀性好、结晶度高、膜层表面平整等优点，可以广泛应用于磁性存储、传感器等领域。
2.化学制备法化学制备法指利用化学反应产生磁性材料，如溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等。
其中，溶胶-凝胶法是在水/有机溶剂介质中，通过溶胶中先生成纳米颗粒，再凝胶成薄坯，最后烧结得到材料的制备方法。
水热法则是在高温高压水环境下，利用物质反应生成具有磁性的材料。
共沉淀法是利用化学反应在水溶液中生成离子，再进行沉淀、过滤等步骤得到材料。
3.生物制备法生物制备法是指利用生物体系统进行材料制备，如用细菌、真菌等微生物进行合成。
该方法具有绿色环保、节能低碳等优点。
二、磁性材料的性质分析1.磁化强度磁化强度可以用磁化率来定量描述，它是指材料在外加磁场作用下磁化的程度。
磁化强度决定了材料的磁性能，例如用于磁铁的材料需要具有较高的磁化强度。
2.矫顽力矫顽力是指材料在外加磁场作用下达到饱和磁化强度所需的外加磁场强度。
矫顽力反映了材料的磁性能力，例如用于电机的材料需要具有较高的矫顽力。
3.磁滞回线磁滞回线是指材料在磁场逐渐变化时磁化强度的变化轨迹。
通过磁滞回线可以了解材料的磁矩热稳定性、磁畴结构等信息，例如磁盘材料需要具有较小的磁滞回线，以保证数据的精确读取和写入。
4.磁畴结构磁畴结构是指材料内部由大量垂直放置的磁畴所组成的结构，其中每个磁畴具有相同的磁性方向。
磁畴结构不仅影响材料的稳定性和性能，还影响磁颗粒的形态和尺寸等参数。
5.磁阻效应磁阻效应是指当材料处于磁场中时，其电阻率发生变化。
磁弹效应法
磁弹效应法
磁弹效应法（Magnetorheologicalelastomer，简称MRE）是种新型的智能材料，它能够利用外加磁场来控制其机械性能。
MRE由磁流体和弹性体构成，其基本原理是在磁场作用下，磁流体颗粒的方向和结构发生改变，从而改变MRE的硬度和变形特性。
MRE具有许多优异的性能，如响应速度快、控制精度高、可调性强、能量消耗低等。
它在智能结构、自适应控制、振动控制等领域有着广泛的应用。
目前，MRE已经被应用于汽车减震器、机器人手臂、飞机主翼等领域，并且在航空、军事、自动化等领域具有广阔的应用前景。
除此之外，MRE还可以与其他智能材料相结合，如形状记忆合金、压电陶瓷等，以实现更加复杂的控制系统。
未来，MRE有望成为一种重要的智能材料，为人类创造更加智能化的世界。
- 1 -。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012-11-4
5
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。
2012-11-4
6
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。
2012-11-4
9
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φ 50mm×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）
2012-11-4
10
3 工作模式
一方面，励磁线圈匝数必须足够多，以保证产生较 大的磁场，使磁流变弹性体达到磁饱和状态;另一方面 需要考虑隔振器结构复杂性、发热要求等因素，因此需 要计算得到最少线圈匝数值。
2012-11-4
16
磁路概念的建立是基于铁磁物质的磁导率大大超过了 非铁磁物质的磁导率，也就是说，由磁导率大的导磁体构 成磁通的路径，则磁通主要在这种路径——磁路中通过。 以下的设计计算中忽略了磁漏效应。
2012-11-4
25
谢谢！
乔治 2012-05-24
2012-11-4
26
恳请各位老师同学批评指正！
乔治 2012-05-24
2012-11-4
27
2012-11-4
2
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
2012-11-4
17
由于磁通的连续性，在忽略漏磁通以后，磁路就 与电路相似，在一条支路中有处处相同的磁通，如下 图所示：
2012-11-4
18
由导磁体构成一个闭合磁路，若在N匝线圈中流 过I(A)的电流，(a)图，则在磁路中产生相当于(b) 图所示电路的电势的物理量，称为磁势，用F表示。 F=NI
2012-11-4
7
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。
2012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。
2012-11-4
19
因此在磁路中就产生了相当于电路中电流的物 理量，称为磁通Φ 。 此外还采用类似于电路中电阻的物理量——磁 阻Rm来表示磁路的特性。
2012-11-4
20
磁路与电路对比 磁路 磁势 F 磁阻 磁通 F=NI Rm Φ 电势U 电阻 电流 电路 U=Ed R I
2012-11-4
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。
2012-11-4
2012-11-4
13
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：
K E0 A L
（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
2012-11-4
3
导磁材料
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:
2012-11-4
4
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。
21
若磁路的面积为S，磁路的平均长度为l，相对 磁导率为μ，则与电阻类似：
Rm
l
s
l
r0s
2012-11-4
22
类比于电路的欧姆定律：
磁通Φ又可表示为：
F Rm
NI Rm
Bds
s
其中：B为通过面积S的磁感应强度。
2012-11-4
23
磁感应强度
线圈匝数
电流大小
2012-11-4
MRE隔振器(挤压工作模式)
MRE-Based Isolator (Squeeze mode)
2012-11-4
1
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 μ m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）。
2012-11-4
14
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
(3)
2012-11-4
15
6 励磁线圈匝数的确定
24
部分参考文献
[1] M Kallio,T Lindroos.Dynamic compression testing of a tunable spring element consisting of a magnetorheological elastomer. [2] C. Ruddy, E. Ahearne and G. Byrne. A review of magnetorheological elastomers: properties and applications. [3] M. Kallio.The elastic and damping pr operties of magnetorheological elastomers. [4] Hua-xia Deng, Xing-long Gong .Application of magnetorheological elastomer to vibration absorber . [5] C Collette, G Kroll. Isolation and damping properties of MRE. [6] J. M. Ginder, W. F. Schlotter. MR Elastomers in Tunable Vibration Absorbers. [7] L. C. Davis. Model of magnetorheological elastomers. [8]魏克湘,孟 光,夏 平,白 泉.磁流变弹性体隔振器的设计与振动特性分析. [9]余 淼,夏永强,王四棋,朱李晰.磁流变弹性体的隔振缓冲器磁路分析. [10]居本祥,余 淼.磁流变弹性体压缩模式动态力学性能测试. [11]魏克湘,黄河清, 朱石沙.硅橡胶基磁流变弹性体的制备及其力学性能测试 . [12] 方生.磁流变弹性体的磁场计算及力学性能的测试与分析.硕士论文，中 国科学技术大学.2004.
11
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。
2012-11-4
12
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 +14.1φ 2) (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%