面向航天员赋形坐垫的磁流变弹性体复合结构研究

赋形坐垫作为航天飞船中隔振缓冲系统的组成部分，衰减飞船上升时振动和着陆时的冲击，保护航天员免受损伤。目前使用的赋形坐垫主要由硬塑料外壳和和软层泡沫材料组成，材料特性固定，无法根据激励变化而主动做出响应，也无法兼顾抑制低频振动和高频冲击所需要的不同刚度、阻尼特性。本项目针对航天员赋形坐垫的性能需求和目前磁流变弹性体普遍采用外部磁场控制带来的问题，提出一种磁流变弹性体、网状励磁线圈及气体胞体组成的复合结构，降低基体平台应力，减小结构质量和体积，提高磁场利用率和刚度阻尼的动态范围，增强结构能量耗散能力，实现最优的减振和缓冲效果。系统研究复合结构的制备方法和理论模型，设计智能控制系统，探讨磁场强度、频率对结构阻尼和刚度特性的影响规律，并深入研究高低温及射线辐射下，MRE材料及复合结构的环境适应性问题及优化措施，为磁流变技术应用于航空航天领域，发展先进缓冲减振系统提供有益的理论探索和技术储备。

赋形坐垫作为航天飞船中隔振缓冲系统的组成部分，衰减飞船上升时振动和着陆时的冲击，保护航天员免受损伤。但目前使用的赋形坐垫主要由硬塑料外壳和软层泡沫材料组成，材料特性固定，无法根据激励变化而主动做出响应。本项目针对航天员赋形坐垫的性能需求，利用磁流变弹性体(MRE)作为替代性材料，着重从高性能MRE的研制；MRE复合结构的研制；MRE在不同应用条件下的磁致性能研究；MRE结构的隔振缓冲控制研究。. 首先设计了MRE的制备装置，对MRE的制备工艺进行研究，制备了硅橡胶基和新型聚氨酯基MRE。针对粘弹性材料特性及MRE的工作模式，构建了动态力学性能测试系统。通过研究MRE各组分对其磁致性能的影响，可制备出磁流变效应高达1690%的MRE。另外，研制了多孔MRE，结果表明多孔MRE的磁流变效应与阻尼性能都随着孔隙率的上升而增大。根据MRE应用中存在的问题，设计和制备了一种磁场内激励的MRE的复合结构，有效改善了漏磁问题。. 利用所研制的MRE样品，分别研究和评估在不同应变、法向压力、时间耐久性、温度及X-ray辐射等应用条件下MRE磁致性能的变化。率先开展X-ray辐射对MRE磁致性能的影响，为MRE应用于航空航天及相关辐射环境中提供参考。. 鉴于航空航天应用的需求，设计了基于MRE的磁致效应隔振实验装置，可实现在一定的频率范围内具有优良的隔振效果，尤其是在共振点处的隔振效果最佳。另外，搭建了基于dSPACE的隔振缓冲器实时控制研究平台，试验结果表明，双态控制和仿人控制能有效控制簧载质量加速度的最大峰值，且很好地抑制了系统共振峰。. 以上研究要点均已按计划完成，并取得了明显的、创造性的研究成果。项目执行期间，发表SCI检索论文8篇(其中美国JCR1区论文4篇，2区3篇，3区1篇)，EI检索论文10篇，申请发明专利2项。培养了博士研究生2人，毕业硕士研究生2人。同时获得了重庆市科学技术奖，中国机械工业科学技术奖，极大提高了本团队的国际学术影响力。