辐照条件下磁流变弹性体的力磁耦合性能、机理和应用研究

Magnetorheological elastomer (MRE) is a kind of smart material with controllable mechanical properties by the external magnetic field. Due to the unique properties, MRE has been widely used in vibration control and sensors in recent years. In order to take advantage of the controllable properties of MRE in the fields of weapons, aerospace and nuclear reactors, it is necessary to fully understand the influence of the irradiation on the magneto-mechanical coupling properties of MRE. However, few researches can be found to study the influence of the irradiation, which limits the application of MRE. In this study, we propose to study the influence of γ irradiation on the magneto-mechanical coupling properties of MRE by experiment. Based on the experimental results, the mechanism will be analyzed considering the rubber matrix, ferromagnetic particles and the interface of the matrix and the particles. Then, a constitutive model considering the influence of the irradiation will be established to describe the magneto-mechanical coupling properties. After fully understanding the influence of the irradiation on the properties of MRE, an MRE based vibration control system considering the influence of the irradiation will be studied to facilitate the application of MRE in weapons, aerospace and nuclear reactors.

磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer，MRE）具有优异的力学性能磁场可控性，近年来在振动控制和传感器等领域被广泛应用。为了进一步拓展磁流变弹性体在军事武器、航空航天和反应堆等特殊场合下的应用，需要深入认识磁流变弹性体在辐照条件下的力磁耦合性能和机理，从而为耐辐射磁流变弹性体的制备和相应减振系统的设计提供理论支持。针对目前对辐照条件下磁流变弹性体力磁耦合性能研究的不足，本项目拟通过实验的方法获得γ射线辐射环境对磁流变弹性体力磁耦合性能的影响规律，从基体、铁磁性颗粒和界面的角度揭示辐照条件下磁流变弹性体力磁耦合性能变化的机理，建立考虑辐照影响因素的力磁耦合本构模型。在此基础上，从控制算法和减振器械的角度设计满足一定抗辐射要求的磁流变弹性体减振系统，从而拓展磁流变弹性体在工程中的应用。

本项目针对γ射线辐照对磁流变弹性体力磁耦合性能的影响规律、影响机理以及γ射线辐照环境下磁流变弹性体的应用开展研究。在γ射线辐照影响规律方面，研究了γ射线辐照环境对磁流变弹性体弹性性能、阻尼性能的影响，认识了不同γ射线辐照环境下，磁流变弹性体储能模量和损耗因子的变化规律。在γ射线影响机理方面，从聚合物基体、铁磁性颗粒的角度初步揭示了γ射线辐照对磁流变弹性体零场储能模量和磁致储能模量的影响机理，从本征阻尼、界面摩擦阻尼的角度初步揭示了γ射线辐照对磁流变弹性体损耗因子的影响机理。在γ射线辐照环境下磁流变弹性体的应用研究方面，为了拓展磁流变弹性体在γ射线辐照环境下的应用，利用前期工作建立的磁流变弹性体减振系统，从改进控制算法的角度出发，研究了基于相位差的磁流变弹性体吸振器刚度积分控制算法和模糊控制算法，使得磁流变弹性体吸振器在γ射线辐照环境下能可靠、稳定地工作。在项目执行期间，共发表学术论文8篇，其中SCI二区论文3篇，获批实用新型专利1项，参加国内外学术交流5次，研究成果达到了项目申请时的预期。