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电流变液力学性能研究

张敏梁  
【摘要】: 本论文将外电场作用下固化的电流变液作为类固体材料,系统研究了其稳态和动态力学特性,揭示了力学性能和链结构演化相关规律,并讨论了极板形貌修饰抑制界面滑移。 发现了电流变液在低剪切速率下会发生剪切应力大幅度跳变现象,提出该跳变是由于静止或特低剪切速率下松弛颗粒链结构向高剪切速率下紧密的带状/层状结构的转变引起的,该转变受颗粒间电场力、颗粒受到的粘性力及自身的热运动之间的竞争影响。根据实验结果提出了修正Mason数作为跳变特征值,较好描述了跳变点颗粒受到的粘性力与电场力的关系。这一研究结果表明静态剪切屈服应力不是电流变液固有性质,剪切引起的紧密颗粒链结构才是电流变效应中强剪切应力的真正来源。 在电流变液拉伸性能的研究中发现由于拉伸引起颗粒链颈缩结构增强可使拉伸屈服应力与外电场的指数关系远远超过传统极化模型描述的平方关系。在动态及稳态拉伸中,拉伸速度通过对粘性力影响颗粒链破坏和重构过程,引起拉伸屈服应力值变化。发现压缩过程中电流变液存在明显的结构增强效应,压缩速度越小颗粒链之间交联程度越高,其名义剪切屈服应力会远高于常规流变测试的剪切屈服应力。另外通过实验验证了对电流变液预压缩增加颗粒链的交联度可显著提高其动态剪切屈服应力。 系统研究了电流变液动态拉伸和压缩响应特性,讨论了不同外电压,不同拉伸、压缩速度对其动态响应特性的影响;发现动态拉伸和压缩的屈服应变都要远小于动态剪切时的屈服应变;电流变液动态和稳态特性的不同主要决定于其初始状态有无成形的颗粒链结构。 验证了压缩过程中同样存在电流变液/极板界面滑移,并采用多种加工方法对极板进行表面形貌修饰增强极板附近区域局部电场分布,从而有效抑制了压缩中的界面滑移,并发现对剪切和拉伸界面滑移抑制也有明显效果。通过极板形貌修饰抑制界面滑移可有效提高电流变液的可使用力学性能。


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