磁流变塑性体力学性能的实验研究与分析

Magnetorheological plastomer (MRP) is a new type of smart magneto-sensitive soft materials. Because of its outstanding magneto-controllable properties, the MRP is promising for noise and vibration reduction, acoustic absorption, magneto-responsive sensors, and etc. Based on the pre-research results, this proposal is aiming to develop high performance MRP and study its mechanical properties. Both the experimental and theoretical methods will be conducted so as to get the relative constitutive models for describing their mechanical behaviors. The typical analytical model for the microstructure-transformation of the MRP will be constructed to analyze the influence of the external magnetic field on the microstructures and this result must be much helpful for optimizing the pre-configuration process of magnetorheological elastomer, too. Moreover, several prototypes of the devices based on the MRP will be designed on this basis of its mechanical behavior and the relative fundamental scientific points will be focused. All the above researches can afford experimental and theoretical supports for both the development and applications of magnetorheological materials.

磁流变塑性体是一类新型的磁敏智能软材料，由于其优异的磁控力学性能，在减振降噪、声波吸收、磁敏传感器等诸多领域具有重要的应用前景。本申请在已有的预研基础上，通过实验研究和理论分析两个方面的研究，研制出性能稳定且磁流变效应较高的磁流变塑性体，对其力学行为进行系统的实验测试和表征，建立起描述其宏观力学行为的本构模型；同时，建立磁流变塑性体微观结构模型，分析其在外磁场作用下的演化机理，明确微观结构与宏观力学性质之间的关系，并将研究结果用于对磁流变弹性体预结构化过程的优化控制；根据研制出的磁流变塑性体的力学性能，设计相关的应用器件原理样机，进行相关应用基础研究；为磁流变塑性体等材料的研发及其在工程中的应用提供理论和实验依据。

本项目对磁流变塑性体的制备工艺，性能测试，力学模型，微观机理和应用基础等方面进行了全面的研究，历时4年，取得了一系列成果。研制出性能稳定且磁流变效应较高的磁流变塑性体，通过改变基体材料，磁性颗粒，添加剂等，对磁流变塑性体进行优化设计。将磁流变材料与海绵或纤维复合制成多种柔性可传感的磁流变复合材料。系统地测试了磁流变塑性体及其复合材料的力学性能，建立起描述其宏观力学行为的本构模型。观察磁流变材料的微观结构演化，分析其在外磁场下的演化机理，明确微观结构与磁-力-电耦合行为之间的关系。设计研发出磁流变塑性体缓冲器，力-磁双模式传感器，可穿戴传感装置及吸声装置。本工作为磁流变塑性体等材料的研发及其在工程中的应用提供理论和实验依据。项目执行期间，发表国际期刊论文40篇，均被SCI和EI收录；申请专利3项，1项已被授权；已培养毕业博士生16名。研究成果远远超过了申请时的预期。