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磁流变液的相变及结构研究

王小云  
【摘要】:本论文主要进行关于磁流变液的相变和结构的理论研究,探讨外加磁场强度及频率,颗粒和液体的磁导率及电导率,颗粒的体积比等因素对磁流变液结构和性质的影响,为设计性能优越的磁流变悬浮体提供理论指导。 第一章中,我们全面介绍了磁流变液的历史,研究方法,磁流变材料及其应用,指出了磁流变液研究中存在的一些问题。 第二章中,我们分别运用热力学方法及统计力学方法研究磁流变液的液—固相变,结果发现确实存在一个临界磁场 H c。当外场高于 H c时,颗粒的渗透压改变符号,液体中的颗粒趋于凝聚,体系发生由液相向固相的转变,且这种转变过程是可逆的。临界磁场强度与颗粒浓度的平方根成反比,与温度的平方根成正比。另外,我们还发现磁流变液的相变可以由温度的变化引起。 第三章中,我们基于 Rayleigh 方程,运用迭代方法推导出磁流变液体系有效磁导率的一般解析公式。基于 Maxwell-Wagner 模型,我们将上述方法应用于计算电流变体系的有效介电常数,研究电流变液中的电导率效应。结果发现:较高频率下电流变体系的有效介电常数完全由两相介电常数决定,而在较低频率或直流外场下则由两相的电导率决定。为确定磁流变固体的结构,我们计算并比较在临界体积比时体心立方(BCC)、面心立方(FCC)与简立方(SC)三种立方格子的有效磁导率与其临界体积比的比值。结果表明:只考虑体系中静磁相互作用时,FCC 结构中颗粒的静磁能密度最高,即自由能最低,所以面心立方结构最稳定,因而磁流变液由液相向固相转变后最可能形成的格点结构为面心立方。 第四章中,我们对本论文的工作进行了简单总结,并对以后的工作提出了一些设想。


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