磁敏橡胶是一种具有多功能的磁弹耦合复合材料。磁敏橡胶一般由磁性颗粒和橡胶弹性材料组成。随着人们对智能材料的需要,磁敏橡胶具有的磁场可控的剪切模量的磁流变效应功能开始得到了研究。采用磁敏橡胶制造的刚度可调的空气弹簧,可广泛地应用于振动主动控制。 本文从材料和器件的试验、理论模型和数值分析两条路线,对磁敏橡胶的力学性能进行了研究,对于开发和研究具有高磁流变效应、优良综合性能的可实用化的磁敏橡胶材料与器件有一定的借鉴意义。 首先,研究和讨论了硅橡胶基磁敏橡胶的制备、力学性能测试的基本原理和试验测试的相关准备。总结了硅橡胶基磁敏橡胶材料的力学性能的测试结果。 考察了铁颗粒体积组分、磁场强度和温度变化时,各向同性与颗粒成链硅橡胶基磁敏橡胶的弹性与阻尼的动态力学特性。考察了各向同性与颗粒成链磁敏橡胶的静态与动态压缩测试的弹性与阻尼特性以及相关参数的影响。运用超声测试方法,测量了各向同性和颗粒成链磁敏橡胶材料的纵向模量。对不同含铁颗粒填料体积组分的磁敏橡胶进行了三点弯曲试验,用动态力学分析仪测量所获得的数据计算出了磁敏橡胶的弹性模量,并讨论和对比了相关理论预测模型的结果。 在施加外部磁场情况下,各向同性和颗粒成链磁敏橡胶的阻尼和动态刚度会发生变化。无外加磁场,各向同性磁敏橡胶动态刚度测量值,随颗粒填料体积分数增加而线性增加。施加外部磁场,含铁颗粒填料体积比超过15％,各向同性磁敏橡胶的刚度和阻尼均增加。当含铁颗粒填料体积比介于27和30％,随外加磁场强度的增加,各向同性磁敏橡胶的刚度和阻尼具有可调性。在颗粒成链磁敏橡胶中,阻尼和刚度依赖于施加的载荷、外部磁场的强度和聚合物中的颗粒链相互之间作用的方向。这可以解释在一些文献中出现的外加磁场对磁敏橡胶阻尼性能影响的相互矛盾的结果。 在弯曲或压缩试验时,施加动态载荷,使变形沿颗粒链发生,阻尼最初较高,外加磁场对阻尼影响很小。如果施加的载荷,使变形几乎发生在颗粒链之间,相比于各向同性磁敏橡胶,施加外部磁场,阻尼最初会明显地增加。在颗粒链方向,当磁场强度小于1特斯拉,颗粒成链磁敏橡胶的动态刚度是可调的。施加外部磁场和压缩载荷平行于颗粒链方向,动态加载时,最大刚度增加60％,静态加载时为100％。在颗粒成链磁敏橡胶中,颗粒网络结构对复合材料的弹性和阻尼性能具有较大的影响。通过优化颗粒密度、颗粒链和外加磁场,磁敏橡胶的刚度或阻尼可以提高。 研究和讨论了硅橡胶基磁敏橡胶材料的外加磁场响应、弹性和阻尼力学性能的理论预测模型与无网格数值分析。讨论了包括基体材料、颗粒大小、形状和体积比、颗粒磁化特性等相关参数对磁敏橡胶行为的影响。运用无网格伽辽金法对磁敏橡胶零磁场下的剪切模量进行了数值分析；同时,运用磁偶极矩理论分析了磁场诱导下的剪切模量。 第二,研究和讨论了天然橡胶基短纤维增强型磁敏橡胶的制备和动态力学性能测试。总结和分析了短纤维增强型橡胶复合材料模量的理论预测方法。研究了在颗粒成链结构化时磁场强度和温度,特别是增塑剂含量、铁颗粒体积组分、短纤维组分和应用环境对天然橡胶基短纤维增强型磁敏橡胶力学性能的影响。总结和分析了短纤维增强型橡胶复合材料模量的相关理论预测模型,并进行了相关计算。短纤维增强型橡胶复合材料力学性能的改进开发还具有较大的空间。 最后,研究了天然橡胶基短纤维增强型磁敏橡胶空气弹簧。各种磁敏橡胶空气弹簧的研究和开发才刚开始起步。分析了磁敏橡胶空气弹簧的工作原理。开发研制了天然橡胶基短纤维增强型磁敏橡胶空气弹簧。测试了天然橡胶基短纤维增强型磁敏橡胶空气弹簧的垂向静刚度力学性能,并运用轴对称无网格点插值法进行了磁敏橡胶空气弹簧垂向刚度的数值分析。