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磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomers,简称MRE)是功能材料中重要的一类,是由微米级的铁磁性颗粒嵌入到软的非磁性弹性基体组合而成的复合材料。在磁场作用下,该类材料有着独特的力学性能,主要包括磁致变形,弹性模量的增大,以及磁形状记忆。以往的研究表明,颗粒之间的磁作用和颗粒与基体之间的力学作用是决定该材料整体性能的关键所在。为了揭示MRE在磁场下所表现出来的力学性能,本文在前人弹性棒模型的基础上进行改进,提出等效刚度的弹性棒模型,并在模型中考虑颗粒吸附和脱离,主要研究内容和成果如下: 1)分析了目前计算MRE力学行为的几种主要方法,指出其不能解释实验现象的原因是没有考虑颗粒在磁场下的吸附行为。然后针对简单的直链模型,考虑到颗粒的相对位置在磁场下是可以发生变化的,颗粒之间会发生吸附和脱离,定性的计算了其拉伸卸载过程中颗粒位置的变化过程。验证了如下预测:颗粒之间的相互吸引是刚度增大的主要原因,吸附颗粒的脱离是产生塑性流动的关键所在。 2)本文基于力的分解与合成的等效原理,利用不同填充比下试件的整体弹性模量实验拟合公式,推导了微观颗粒之间弹性棒的等效刚度计算公式。利用等效刚度弹性棒模型计算无磁场下MRE的拉伸弹性模量,与经验公式得出的结果很吻合。 3)基于所提出的等效刚度弹性棒模型,考虑磁场的作用以及部分颗粒会吸附的事实,建立了MRE的磁偶极子-等效刚度弹性棒耦合模型,简称球-棒单元物理模型。利用该模型模拟了在不同磁场下颗粒呈随机分布的MRE的拉伸卸载行为。计算结果与实验结果有类似的规律:都可以得到磁致硬化,塑性流动和残余应变现象。利用颗粒的微观排列结构的变化过程,可以合理的解释产生上述现象的机理。 4)为了能够更加真实的模拟MRE内部颗粒分布情况,在球-棒单元物理模型基础上,引入虚拟颗粒概念,提出虚拟颗粒和实际颗粒混合模型。模拟了MRE在磁场下磁致伸缩现象,利用颗粒排列变化情况合理地揭示了磁致伸长或者缩短现象的机理。此外,计算了颗粒呈链状排列的各向异性的MRE在磁场下的拉伸卸载变形行为,分析了不同模型的结果,得出簇状链结构模型才是各向异性磁流变弹性体内部颗粒排布的真实结构,与实验观察到的现象相吻合。