基于磁流变液和形状记忆合金的多场控制抑振机理及应用研究

The project aims to propose a multi-field controlled vibration suppression system based on magnetorheological fluid(MRF) and shape memory alloy(SMA), in which the damping characteristics can change rapidly with applied field continuously and avoid the performance degradation or even failure of spacecraft caused by vibration at orbiting and launch. It attempts to investigate the macroscopic behavior of typical MRFs and SMAs using experimental and numerical simulation method, finding the mechanisms of main influencing factors. The microstructure-based micro-macro constitutive modeling, which could take into account the microstructure characteristics and the effects of the main influencing factors, is to be developed. It involves the effects of the above mentioned influencing factors as well as interaction between microstructures and evolution, etc. on the macroscopic behavior of MRFs and SMAs. The mechanism of energy dissipation based on material properties of MRFs and SMAs is to be analyzed. The key geometric design theory and method of damping device is to be established based on MRFs and SMAs as well as mechanical design theory, to providing the theoretical foundation for the design of the damping device.

针对航天飞行器在轨运行及发射时产生的振动会导致航天器精度降低、元器件损伤、甚至破坏等状况，提出一种基于磁流变液和形状记忆合金多场控制抑振方法，其阻尼特性可由外加激励连续智能控制。拟通过系统的实验和有限元分析方法弄清磁流变液和形状记忆合金微结构及其变化规律，分析其微观与宏观力学行为，分别建立考虑微结构特征和各主要影响因素的磁流变液和形状记忆合金本构模型。分析具有不同微结构的力学响应特性，研究材料微结构间相互作用及其演化，获得各主要影响因素的作用机理等。发展基于磁流变液和形状记忆合金材料特性的联合抑振方法，分析其抑振耗能机理，结合机械设计理论，建立磁流变液和形状记忆合金联合抑振装置关键几何尺寸设计理论和方法，为磁流变液和形状记忆合金的联合抑振装置设计提供理论基础。

形状记忆合金和磁流变液作为新型智能材料，其力学性能可由外部激励源（如热场或磁场等）进行连续控制。因其独特的力学性能及其广阔的应用前景，引起了国内外学者对形状记忆合金和磁流变液材料及其应用器件研究的高度重视。本项目基于形状记忆合金的形状记忆效应和磁流变液的流变特性，结合机械设计方法，提出了一种基于磁流变液和形状记忆合金的多场控制抑振方法，进行相关抑振机理、抑振器件结构、设计理论以及相关试验测试方法的研究。本项目按计划开展了项目的研究工作，达到了预期的研究目标。对基于磁流变液和形状记忆合金的减振、抑振的核心科学问题进行了深入研究，建立了考虑微结构特征和各主要影响因素的磁流变液在剪切和挤压作用下的屈服应力方程，建立了偏动式形状记忆合金驱动器驱动力大小及输出行程与温度、应力应变、材料参数及尺寸参数等的关系，得到了磁流变液的在剪切、压力驱动、挤压等模式下的流动和传力方程，为开发新型智能抑振装置打下基础。此外，磁流变液和形状记忆合金的力学性能受温度影响显著，基于力热能量密度等效原理开展了材料温度相关性力学性能研究。资助项目执行期间，项目负责人及项目成员发表标注此基金资助的论文14篇，其中SCI论文12篇。