零场条件下磁流变液沉降分层结构的振动传递特性研究

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磁流变液是目前振动控制领域应用较为广泛的一种智能材料。磁流变液零场沉降会对应用磁流变液的设备整体振动传递产生影响,尤其在设备长期静置后其效应更为显著,故研究弹性波在零场沉降磁流变液中的传递特性将为磁流变液在振动控制领域新的发展与应用做出探索。本文基于孔隙介质理论和颗粒介质散射理论,构建了零场磁流变液沉降分层结构振动传递模型,并通过数值计算和实验验证,研究了弹性波在零场沉降分层磁流变液中的传递特性。本文主要进行以下几个方面的工作:首先,研究了零场条件下不同沉降时间的磁流变液分层结构。基于FLUENT仿真分析了GH-MRF-250型磁流变液的沉降特性,得到了不同沉降时间下铁磁颗粒的体积分数-深度曲线,分析结果表明:沉降7天后基本保持初始体积分数0.25不变,沉降15天后出现了体积分数为0.42的可变浓度层,沉降30天后出现了体积分数为0.56的沉积层。采用定时定量采样分析法进行了磁流变液沉降分层实验,实验数据拟合结果与仿真结果趋势一致,并根据实验结果将磁流变液按体积分数0.5为界限划分为高/低密度磁流变液。其次,研究了零场均质状态下磁流变液的振动传递特性。基于孔隙介质理论建立了高密度磁流变液振动传递模型,基于颗粒介质散射理论建立了低密度磁流变液振动传递模型。数值计算得到了高/低密度磁流变液的体积分数-振级落差和层厚-振级落差曲线,曲线分析结果表明:弹性波的衰减随着磁流变液的层厚与体积分数的增加而增强。进行了零场均质磁流变液的振动传递实验,验证了高/低密度磁流变液振动传递模型的准确性。然后,建立了零场磁流变液沉降分层结构的振动传递模型。将高/低密度传递模型作为传递矩阵单元,基于传递矩阵法建立了零场磁流变液沉降分层结构振动传递模型。数值计算得到了不同沉降时间的弹性波振级落差曲线。曲线分析结果表明相比于均质状态磁流变液,随着沉降时间的增加,其弹性波衰减出现了先减弱后增强的趋势。最后,进行了零场磁流变液沉降分层结构的振动传递实验。搭建了磁流变液振动传递特性实验台,进行了零场不同沉降时间的磁流变液30~100Hz弹性波传递实验。实验结果分析表明,沉降7天样本由于沉降时长过短,故弹性波衰减与均质状态相比变化较小;而沉降30天样本形成了完整沉降结构,弹性波衰减效果较均质状态磁流变液有所增强。实验结果与理论计算吻合度较好,验证了理论模型的准确性。
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