1、磁流變彈性體(MRE)是一種主要由微米級(jí)的鐵磁性顆粒和橡膠類(lèi)基體構(gòu)成的智能復(fù)合材料，其性能（模量、阻尼、變形、電阻抗等）可以由外加磁場(chǎng)快速、連續(xù)和可逆地控制，因此MRE在工程實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前對(duì)MRE力學(xué)性能的研究主要集中在其剪切力學(xué)性能上，對(duì)法向力學(xué)性能的研究較少。此外，MRE在剪切狀態(tài)下的承載能力較差，而在壓縮狀態(tài)下能承受較大的載荷。因此，MRE在壓縮狀態(tài)具有更好的工程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)MRE可能的工程應(yīng)用，本文首先對(duì)MRE

2、的法向力和高應(yīng)變率下的壓縮性能進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果，針對(duì)MRE在振動(dòng)控制應(yīng)用中存在的問(wèn)題，對(duì)MRE在吸振和隔振方面的應(yīng)用展開(kāi)了討論，解決了MRE在振動(dòng)控制應(yīng)用中面臨的器械設(shè)計(jì)和控制算法問(wèn)題，初步實(shí)現(xiàn)了MRE的工程應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容如下:
　　1.采用安東帕MCR301流變儀研究了MRE在壓縮狀態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)剪切狀態(tài)和動(dòng)態(tài)剪切狀態(tài)下的法向力，得到了MRE的法向力與外加磁場(chǎng)、剪切應(yīng)變、溫度和顆粒分布等的關(guān)系。在壓縮

3、狀態(tài)下，MRE的法向力隨著外加磁場(chǎng)的增大而增大，當(dāng)鐵顆粒達(dá)到磁飽和時(shí)，法向力也表現(xiàn)出飽和的趨勢(shì)。此外，預(yù)壓力、顆粒分布、外界環(huán)境溫度和磁場(chǎng)的循環(huán)加載對(duì)MRE的法向力行為均有影響。在準(zhǔn)靜態(tài)剪切下，MRE的法向力與剪切應(yīng)變密切相關(guān)。低磁場(chǎng)時(shí)，法向力隨著剪切應(yīng)變的增大而減小;高磁場(chǎng)時(shí)，法向力隨著剪切應(yīng)變的增大而增大。法向力的這種變化趨勢(shì)與預(yù)壓縮方向的彈性模量和顆粒鏈在外加磁場(chǎng)下受到的力矩相關(guān)。這兩個(gè)因素的共同作用導(dǎo)致了MRE在準(zhǔn)靜態(tài)剪切下的法

4、向力行為。在振蕩剪切下，MRE的法向力與振蕩剪切的幅值密切相關(guān)。當(dāng)應(yīng)變幅值低于7％時(shí)，法向力隨剪切應(yīng)變的變化趨勢(shì)與準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)類(lèi)似。但是，當(dāng)剪切應(yīng)變幅值大于7％時(shí)，法向力隨著剪切應(yīng)變的增加急劇地減小，這與MRE內(nèi)部鐵顆粒鏈的斷裂密切相關(guān)。該部分的研究工作為MRE在作動(dòng)器和減振器等工程器械方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　2.采用改進(jìn)的SHPB測(cè)試系統(tǒng)研究了MRE在高應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能，得到了MRE的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能與外加磁場(chǎng)和應(yīng)

5、變率的關(guān)系，并提出了相應(yīng)的本構(gòu)方程。在屈服前的階段，MRE的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能具有明顯的磁場(chǎng)相關(guān)性和應(yīng)變率相關(guān)性。隨著外加磁場(chǎng)的增加，楊氏模量增加，屈服應(yīng)力增加，而屈服應(yīng)變減小。隨著應(yīng)變率的增加，楊氏模量增加，屈服應(yīng)力增加，而屈服應(yīng)變減小。為了描述MRE在屈服前的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能，提出了一個(gè)由超彈性、粘彈性和磁致應(yīng)力組成的本構(gòu)模型。實(shí)驗(yàn)和理論的對(duì)比表明，所提出的本構(gòu)模型可以很好地描述MRE在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能。在屈服后的階段，當(dāng)

6、應(yīng)變大于屈服應(yīng)變時(shí)，MRE的應(yīng)力表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。隨著應(yīng)變的進(jìn)一步增加，應(yīng)力達(dá)到最小值。當(dāng)應(yīng)變大于0.2時(shí)，應(yīng)力表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。MRE屈服后的過(guò)程可以看作是其內(nèi)部鐵顆粒鏈逐漸被破壞和MRE逐漸被壓實(shí)的過(guò)程。該部分的研究工作為MRE在抗沖擊方面的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　3.在傳統(tǒng)MRE吸振器的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加主動(dòng)力控制，設(shè)計(jì)了移頻范圍寬且阻尼小的MRE主動(dòng)自調(diào)諧式吸振器。主動(dòng)自調(diào)諧式吸振器采用音圈電機(jī)作為阻尼補(bǔ)償元件，通

7、過(guò)主動(dòng)力控制使得所設(shè)計(jì)的吸振器在保留傳統(tǒng)MRE吸振器固有頻率快速可調(diào)特點(diǎn)的同時(shí)又克服了傳統(tǒng)MRE吸振器阻尼大、減振性能差的缺點(diǎn)。該部分研究對(duì)于解決工程實(shí)踐中振動(dòng)控制相關(guān)的問(wèn)題具有一定的意義。
　　4.為了提高半主動(dòng)吸振器剛度控制的精度和速度，設(shè)計(jì)了一種基于相位差的MRE吸振器剛度控制算法。該算法不依賴(lài)于吸振器控制量與固有頻率的精確模型，具有調(diào)整時(shí)間快、穩(wěn)定性好和易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)和仿真的結(jié)果都驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。該部分研究

8、不僅可用于MRE吸振器的剛度控制，對(duì)所有的半主動(dòng)吸振器均具有較好的控制效果，對(duì)于提高半主動(dòng)吸振器剛度控制的速度和精度具有重要的意義。
　　5.采用MRE作為變剛度元件，音圈電機(jī)作為變阻尼元件設(shè)計(jì)了剛度和阻尼實(shí)時(shí)可控的MRE隔振器原理樣機(jī)及其控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在ON-OFF控制下，MRE隔振器具有較好的隔振效果，可以有效地減小負(fù)載的振動(dòng)響應(yīng)。尤其對(duì)負(fù)載在固有頻率附近的振動(dòng)也具有較好的隔振效果。該部分研究對(duì)于解決工程實(shí)踐中振動(dòng)控制