磁流变液填充多孔材料的可控式吸能特性及其机理

多孔材料以其优良的抗冲击和吸能特性在工程中得到广泛的应用，然而在面临较大能量的冲击时，其仍然不能满足实际工程的需求。为进一步提高该材料的抗冲击能力，并且实现吸能结构与材料的可控性和智能化，本课题以磁流变液填充的多孔材料为对象，研究在冲击载荷作用下其动态力学行为和能量吸收特性的可控性、控制规律以及能耗机理。首先，借助实验对多孔材料在填充磁流变液后的冲击响应进行研究，考察材料孔隙率、液体浓度、粘性、磁场强度对材料的变形模式、平台应力、应变率效应等特性的影响，得到该材料吸能行为的控制规律、响应时间、速度适应性等。在实验的基础上，采用数值方法研究在冲击载荷下该材料内不同能量耗散机制，重点分析孔隙内流体和固体材料的耦合作用对材料吸能特性的影响机理。最后，根据试验和数值结果从理论上分析该材料可控式吸能的机理，建立用于估算其主要性能参数的理论模型，为此类吸能材料的设计与完善提供参考。

为了进一步提高多孔金属材料的能量吸收特性，实现冲击能量吸收的可控性和智能化，提出了将磁流变液填充入多孔金属材料中构建可控式能量吸收材料的想法。该材料不但具备在遭受低速冲击时的优良缓冲特性，而且能够大大提升高速冲击条件下的吸能能力，并且可以根据具体冲击环境快速改变自身特性，从而具备实现冲击能量吸收的智能化。. 为实现该目标，本项目首先选取了不同规格的多孔泡沫铜和磁流变液材料，通过抽真空的方法制备出了性能稳定、液体填充率高的磁流变液填充多孔金属材料的试件，对多孔材料的几何特性、磁流变液的流变特性等进行了测试，并为其设计加工了磁场施加系统。在此基础上，对该材料的准静态压缩力学特性和动态能量吸收特性等进行了实验研究，获得了液体填充、液体粘性、磁场强度、应变率效应和孔隙尺寸等因素对该材料的准静态级和动态压缩力学性能的影响规律。结果表明，液体的填充能够将多孔材料的能量吸收能力提高2-3倍，并且该材料在中低应变率时具有较好的可控性，而在高应变率冲击条件下，其可控性不佳。最后，针对该材料的动态吸能特性开展了数值和理论研究，建立了磁流变液填充多孔材料动态能量吸收特性的理论模型，该模型能够反映材料孔隙尺寸、应变率和磁场强度的影响，其预测结果与实验符合较好。. 通过本项目的研究，探索了可控式能量吸收材料的构建方法和控制机理，研究成果对于新型能量吸收材料的设计及其智能化提供了重要的理论依据。