基于高精度DHPTV的磁流变微观结构与机理的三维可视化研究

The rheological mechanism of MR fluids is based on its microstructure and transformation. In present, all research on microstructure of MRF are in static state(2D or 3D). They can not show the train process, the responding velocity, and the transform process from muti-chain to pillar and wad.. Digital holographic particle tracking velocimetry is a technique which can capture 3D informations of particle fields. But its resolution is lower because of the pixel size of CCD.. This study introduce the linear crystal into the DHPTV. The measurment precision is improved by the optical effect and the power enhancing. Base on the reconstruction equation, the selection principle of crytal, the method of focal plane determiantion, and the image processing methods, a high precision DHPTV technique is abtained. . The DHPTV is use in visualization of MRF microstructure and rheological mechanism. The optimal experimental scheme and parameters are obtained and the high precision measurement result is yielded.The measurment result is compare to the numerical result, and both of them are corrected..At last, the technical system of measurment for microstructure and rheological mechanism of MRF base on high precision DHPTV is obtained. The exact numerical result which presents the heological mechanism MRF is achieved.

研究磁流变液(MRF)的流变机理就要准确解读其微观形态与演化过程。目前对MRF的微观观测基本属于静态研究(2D或3D),不能判断粒子成链运动过程及响应速度，对多链结构向柱状或块状结构的转化过程也不能准确观测。.数字全息粒子跟踪测速(DHPTV）技术可以实时采集粒子场三维信息，但CCD像素尺寸限制了其测量精度，目前实用性不强。.本研究将非线性晶体引入到DHPTV中，利用其光学折变和能量增强作用提高测量精度。研究相应的重建公式、晶体选型原则、粒子焦平面定位方法，辅以相应的图像处理技术，得到一种高精度DHPTV技术。.将该技术用于MRF微观结构和流变特性的可视化测量研究，确定优化实验方案与参数，得到精确结果，利用该结果对推导的力学预测模型进行对比修正。.最终建立基于高精度DHPTV的磁流变微观结构及作用机理的三维可视化测量技术体系，并得到能精确描述MRF流变特性的力学预测模型。

磁流变液(MRF)是一种有重要工程应用价值的智能材料，目前对MRF的微观观测不能准确描述极化粒子运动状态，对多链结构向柱状或块状结构的转化过程也不能准确描述。数字全息粒子跟踪测速(DHPTV）技术可以测量目标场的三维信息，但目前较低的测量精度限制了该技术的应用。本研究将非线性晶体引入到DHPTV中，利用其光学折变和能量增强作用提高测量精度，进而对MRF进行微观观测测量。..项目的主要研究内容及重要结果如下：.1．高精度DHPTV技术.（1）研究了基于非线性晶体的DHPTV重建公式及粒子定焦方法，研究了相应的图像增强技术；实现了对粒子运动过程的精确重建，进而实现了MRF流变场的高精度测量与三维可视化再现。.（2）分析了不同晶体参数及实验条件对数字全息成像质量的影响，在理论研究的基础上，辅以测试实验，最终得到了非线性晶体用于DHPTV测量的选型原则。.2.MRF微观结构及流变机理的三维可视化.（1）基于现有链化预测模型，研究得到了更充分、更精确地描述磁流变效应的力学性能预测模型。.（2）研究了高精度DHPTV用于MRF微结构及流变机理的三维可视化测量及再现的实验方案；研究了适合高浓度比MRF的优化实验光路与参数。.（3）基于高精度DHPTV对MRF的测试结果，进一步修正了预测模型与实验参数, 最终得到了优化的实验方案与精确的力学性能预测模型。.3.成果统计.项目执行期内，共发表期刊论文12篇，国际会议论文5篇，其中SCI检索8篇，EI检索4篇，中文核心期刊2篇，申请发明专利4项，授权3项，取得了预期成果。..项目的科学意义如下：.将非线性晶体引入数字全息测量技术中，得到一种高精度DHPTV技术，将该技术用于MRF微观结构和流变特性的可视化测量研究，得到精确结果，最终建立基于高精度DHPTV的磁流变微观结构及作用机理的三维可视化测量技术体系，并得到能精确描述MRF流变特性的力学模型。