基于密堆六边形结构的磁流变抛光液本构关系及建模方法研究

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随着科技的发展,现代社会对材料表面精度的要求越来越高,材料的高精度表面加工技术尤其是高精度非球面加工技术一直是研究的热点。磁流变抛光技术作为一种新型微纳米级别抛光技术,克服了许多传统抛光技术的缺点,在光学加工、半导体制造、机械加工等领域得到了广泛的应用。磁流变抛光液作为磁流变抛光技术的基础及核心,其流变特性将直接影响到抛光效果,因此必须对磁流变抛光液进行系统、全面和深入的分析及研究。磁流变抛光液是由磁流变液发展而来,与磁流变液流变特性相似,在无磁场状态下呈现牛顿流体状态,在外加磁场的作用下迅速转变为具有粘塑性的Bingham介质。本文将从微观角度对磁流变液的微观结构进行分析并建立本构模型,在此基础上构建磁流变抛光液的本构模型并对其影响因素进行分析。本文围绕磁流变抛光液本构模型展开研究,论文的主要研究内容包括:(1)参考国内外相关文献,对磁流变抛光液组成成分进行分析后选取了合适的材料种类和配制工艺,配制了磁流变液及磁流变抛光液,并通过实验分析了成分变化对材料性能的影响。(2)基于磁场状态下磁流变液中羰基铁粉颗粒的受力分析,建立了羰基铁粉颗粒的动力学模型,并模拟了羰基铁粉颗粒体积分数等因素对磁流变液微观结构的影响。参考模拟结果及前人研究,针对外加磁场状态下高浓度磁流变液的微观结构提出密堆六边形结构模型。(3)依据密堆六边形结构结合偶极子理论,对羰基铁粉颗粒的相互作用力进行推导计算,并得出受相邻链影响的剪切屈服应力公式,最终建立高浓度磁流变液的本构模型并进行实验验证。结合模拟与实验,对磁流变液本构关系的影响因素进行分析。(4)考虑抛光颗粒对于磁流变抛光液微观结构的影响,由磁流变液的本构模型推导建立磁流变抛光液的本构模型并进行实验验证。基于本构模型对磁流变抛光液性能的影响因素进行分析,为磁流变抛光液的配制提供了理论参考。
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