局部磁场作用下磁流变弹性体夹层梁振动特性研究

Magntothrological elastomer, which is a kind of smart materials, can reversibly change the damping and stiffness under the external applied magnetic fields, and it also has the advantages of fast response, low energy consumption, big induced dynamic range, and simple control. It has the widely potential prospective in the semi-active control system to build a vibration isolation device to mitigate the shock. In this study, a magnetorheological elastomer (MRE) with different iron mass ratios will be manufactured respectively, and the rheological properties will be also measured under the rheometer, the relationship between the storage modulus, the loss modulus and the applied magnetic fields will be also discussed. The vibration mathematic equation of the MRE sandwich beam under the localised magnetic fields will be derived based on energy method and fined Mead-Markus model, and its natural frequency variation will be obtained. At the same time, the vibration frequency will be also investigated under the different boundary conditions (such as, simply supported, clamped, and cantilever) and the localised magnetic fields using the ANSYS finite element method. The MRE sandwich beam will be also fabricated by treating with MRE between two thin aluminum layers. The experiment test rig will be set up to investigate the vibration response of the MRE sandwich beam under localised magnetic fields. The theoretical calculations, numerical simulations and experimental analysis will be compared to provide some guidance to develop a frequency controllable device with wide frequency band in the semi-active control system.

磁流变弹性体（MRE）智能材料由于能在外加控制磁场作用下快速可逆地改变阻尼和刚度，且具有响应速度快、工作能耗低、致动力变化范围大、控制方式简单等优点，在结构半主动控制减振隔振装置中得到了广泛关注。本项目拟配制不同铁粉磁性颗粒质量比的 MRE，并在流变仪中检测其流变性能，分析存储模量和耗能模量与外加磁场大小的关系。基于能量法和细化Mead-Markus模型推导局部磁场作用下 MRE 夹层梁振动特性方程，得出固有频率变化规律。采用 ANSYS 仿真分析不同边界条件（简支、固支、悬臂）及局部磁场作用下 MRE 夹层梁的振动频率变化规律。同时，制备上下表层为铝层、中间层为 MRE 的夹层梁结构，搭建局部磁场作用下的 MRE 夹层梁振动特性测试实验台，实验分析其振动频率变化规律，并与数值计算和仿真结果进行对比分析。相关结论可为设计出频率变化范围宽的基于MRE 的半主动振动控制装置提供理论参考。

磁流变弹性体（MRE）智能材料由于能在外加控制磁场作用下快速可逆地改变阻尼和刚度，且具有响应速度快、工作能耗低、致动力变化范围大、控制方式简单等优点，在结构半主动控制减振隔振装置中得到了广泛关注。目前国内外关于MRE夹层梁振动特性研究结果主要是在均匀磁场作用下得出的；而关于MRE夹层梁在局部磁场作用下的振动特性研究还很少见，这样不利于充分利用MRE特点研制相应的变频阻尼装置。.项目配制了不同铁粉磁性颗粒质量比的磁流变弹性体(MRE)，并对其流变性能进行了测试分析，研究了存储模量、耗能模量与外加磁场大小的关系。.基于能量法和细化Mead-Markus模型建立了局部磁场作用下MRE夹层梁振动特性数学方程，得出其固有频率变化规律。研究了外加磁场范围和大小等对MRE夹层梁振动特性的影响，同时与均匀磁场作用下的振动规律进行分析对比，有利于充分利用MRE复合结构的宽频变化特点，并从理论上提供一种技术支撑。.利用重合单元法，采用ANSYS有限元仿真软件分析了不同边界条件及局部磁场作用下MRE夹层梁结构振动抑制的效果及影响。.制备了上下表层为铝层、中间层为MRE的夹层梁，搭建了局部磁场作用下的MRE夹层梁振动特性测试实验台，实验分析了局部场强作用下磁场强度大小及分布位置对磁流变弹性体夹层梁结构振动频率的影响，并与理论计算和仿真结果进行对比分析，提出了一种科学合理的MRE夹层梁振动频率控制方法。.项目相关结论和规律分析可为设计出频率变化范围更宽的基于MRE的半主动振动控制装置提供理论参考，并进一步拓宽MRE的工业应用范围。.项目共发表期刊论文31篇，其中SCI检索9篇，EI检索11篇；发表国际会议论文3篇；授权发明专利10项，授权实用新型专利2项；培养硕士研究生22名，其中已毕业12名。