磁流变弹性体挤压工作模式减振结构的概念设计及有限元分析【开题报告】.doc

1、毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化磁流变弹性体挤压工作模式减振结构的概念设计及有限元分析一、选题的背景与意义11选题的背景含有电/磁流变材料的智能结构,由于能在外加控制电/磁场的作用下快速可逆地改变结构的阻尼和刚度,且具有响应速度快、工作能耗低、致动力变化范围大和控制方式简单等优点,在柔性结构的振动主被动一体控制中获得了广泛关注。但当前采用的电/磁流变材料通常为液体材料,在使用过程中存在易沉降、稳定性差和密封困难等问题。磁流变弹性体是磁流变材料家族的新秀，它是将微米级软磁性颗粒散布在高分子聚合物中固化制成。磁流变弹性体最早出现在1995年，日本的SHIGA等人尝试使用硅树脂和铁粉混合制备出

2、具有磁控性能的材料，该材料当时被称为具有磁致粘弹性的凝胶，这种材料也被认为是磁流变弹性体的雏形，因为它提供了制备磁流变弹性体的思路1。磁流变胶和磁流变弹性体这两个磁流变材料虽有共同的源头，但却发展成为两种不同的智能材料。同样足为了改善磁流变液的易沉降、稳定性差、颗粒易磨损等缺点，而先后出现的磁流变泡沫、磁流变胶和磁流变弹性体各有各的特点。磁流变液、磁流变泡沫和磁流变胶属于同一思路的磁流变材料，因为在磁场作用下它们内部的铁颗粒还可以运动存在“相变”，而磁流变弹性体由于颗粒被固定在基体内，而不能运动，因此磁流变弹性体磁流变效应最低。而且磁流变弹性体和其他材料的工作方式也不同，磁流变液、磁流变泡沫和

3、磁流变胶在使用过程中，主要是工作在屈服后和流动阶段，通过加磁场改变材料的剪切屈服强度来实现智能控制；而磁流变弹性体由于基体是聚合物，因此磁流变弹性体可用作支撑材料，一般被用做刚度可控的弹簧，主要通过磁场来控制材料的力学模量和阻尼，没有屈服的概念。而它的力学、电学、磁学诸性能可以由外加磁场来控制，因此作为一种新型的智能材料，磁流变弹性体具有广泛的工程应用前景。磁流变弹性体最早可以追溯到TSHIGA等人在1995年利用硅树脂和铁粉混合制备出的具有磁控性能的材料，该材料当时被称为具有磁致粘弹性的凝胶。随后美国LORD公司的研究人员JOLLY、CARLSON等人对磁流变弹性体的力学性能进行了初步测试和

4、分析，JOLLY使用硅橡胶作为基体制备出的磁流变弹性体，外加磁场在08T时，磁流变弹性体的剪切模量比无磁场时初始值增加约40；FORD公司研究组成员GINDER、DAVIS等人对基体为天然橡胶的磁流变弹性体进行了建模并对其粘弹性行为进行了研究DAVIS理论计算发现颗粒的最佳体积比为27，此时磁饱和后其剪切模量的相对改变量为50；其中GINDER等人基于磁流变弹性体设计出了可控刚度的汽车轴衬BUSHING以及可调节的吸振器TUNEDVIBRATIONABSORBER，并申请了专利2。12选题的意义由于磁流变弹性体固化后的有序结构根植在基体中，因此它的力学、电学、磁学诸性能可以由外加磁场来控制。它

5、兼有磁流变材料、磁性橡胶和弹性体的优点，又克服了磁流变液沉降、稳定性差、颗粒易磨损等缺点，因而近年来成为磁流变材料研究的一个热点。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题21本课题研究的基本内容1学习磁流变弹性体材料特性及已有减振应用方法；2完成文献综述、开题报告、外文翻译等毕业设计所要求的工作；3研究提出挤压工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案，提出两个可行性方案然后进行比较；4针对一个设计方案，进行磁场分析或模态分析；5完成毕业设计论文。22本课题拟解决的主要问题1实体建模参数的问题；2ANSYS软件关于磁路分析的学习。三、研究的方法与技术路线31本课题研究的方法由于目前国内对磁流弹性

6、体的研究都是处于初始阶段，研究的大部分都是借鉴国外先进的知识来参考对比，以获得预期的结果。研究方案如下1查阅与磁流变弹性体研究有关的国内外文献，然后进行整理、归纳和总结磁流弹性体的制备，机理和应用。2建立挤压工作模式模型，以满足减振结构的设计。3设计提出至少两种可行性方案。4针对所设计的方案进行一定分析，并对方案进行对比比较。5总结项目研究，提出进一步的研究方向；撰写学位论文，准备答辩。模型方案可以参考下图图1磁流变弹性体隔振器结构图图2结构减振第二种方案其弹性体应力简图如下采取的技术路线如下图表示3图3技术路线图四、研究的总体安排与进度2011年12月20日确定题目，完成文献综述及开题报告，

7、开题论证2011年12月20日3月2日理解设计任务的具体要求，收集资料，完成文献综述和开题报告；2011年3月3日4月10日研究挤压工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案，并完成外文翻译工作。2011年4月11日4月30日完成减振结构的CAD建模，分析比较两种方案。2011年5月1日5月8日总结研究工作，撰写毕业论文，准备论文答辩2011年5月9日5月22日毕业论文答辩制备磁流变弹性设计两种磁流变弹性体隔振测试的方案建立理论模型，并用PROE等绘图运用ANSYS软件对其磁场进行分析归纳总结研究结果，撰写总结报告在确定比例和磁场下做出一部分样本参考文献1SHIGA,T,OKADA,A,KU

8、RAUCHI,TMAGNETROVISCOELASTICBEHAVIOROFCOMPOSITEGELSJOURNALOFAPPLIEDPOLYMERSCIENCE,1995,587877922JOLLY,MR,CARLSON,JD,MUNOZ,BC,ETALTHEMAGNETOVISCOELASTICRESPONSEOFELASTOMERCOMPOSITESCONSISTINGOFFERROUSPARTICLESEMBEDDEDINAPOLYMEMATRIXJOURNALOFINTELLIGENTMATERIALSYSTEMSANDSTRUCTURES,1996,76136223JMGINDE

9、R,MENICHOLS,ETALMAGNETORHEOLOGICALELASTOMERSPROPERTIESANDAPPLICATIONSPROCEEDINGSOFSPIE1999,3675PP1311384LCDAVISMODELOFMAGNETORHEOLOGICALELASTOMERSJOURNALOFAPPLIEDPHYSICS,856,1999PP334833515BOSSIS,GABBO,CELECTROACTIVEANDELECTROSTRUCTUREDELASTOMERSINTERNATIONALJOURNALOFMODERNPHYSICSB,2001,15675645736B

10、EDNAREK,STHEGIANTMAGNETOSTRICTIONINFERROMAGNETICCOMPOSITESWITHINANELASTOMERAPPLIEDPHYSICSA,1999,6863677SADEMCHUK,VAKUZMINVISCOELASTICPROPERTIESOFMAGNETORHEOLOGICALELASTOMERSINTHEREGIMEOFDYNAMICDEFORMATIONJOURNALOFENGINEERINGPHYSICSANDTHERMOPHYSICS,752,2002PP3964008LOKANDER,M,STENBERG,BPERFORMANCEOFI

11、SOTROPICMAGNETORHEOLOGICALRUBBERMATERIALSPOLYMERTESTING,2003,222452519MLOKANDER,BSTENBERGIMPROVINGTHEMAGNETORHEOLOGICALEFFECTINISOTROPICMAGNETORHEOLIGCALRUBBERMATERIALSPOLYMERTESTING22,2003PP67768010LILIANABORCEA,OSCARBRUNOONTHEMGNETOELASTICPOPERTIESOFELASTOMERFERROMAGNETCOMPOSITESJOURNALOFTHEMECHAN

12、ICSANDPHYSICSOFSOLIDS,49,2001PP2877291911TETSUMITSUMATA,KENTAFURUKAWA,ETIENNEJULIAC,KENJIIWAKURA,ANDKIYOHITOKOYAMA,COMPRESSIVEMODULUSOFFERRITECONTAINNINGPOLYMERGELS,INTERNATIONALJOURNALOFMODERNPHYSICSB,VOL16,NOS171820022419242512MALCOLMJWILSON,ALANFUCHS,FARAMARZGORDANNEJADDEVELOPMENTANDCHARACTERIZAT

13、IONOFMAGNETORHEOLOGICALPOLYMERGELS,JOURNALOFAPPLIEDPOLYMERSCIENCE,VOL84,27332742200213李剑锋,龚兴龙,张培强等,硅橡胶基磁流变弹性体的研制J功能材料,2006,6371005101214方生,龚兴龙,张培强等,磁流变弹性体力学性能的测试与分析J中国科学技术大学学报,2004,34445646315王桦,周刚毅,张培强等,磁流变弹性体剪切性能的动态实验研究J实验力学,2004,1911516龚兴龙,李剑锋,张先舟等,磁流变弹性体力学性能测量系统的建立J功能材料,2006,53773373517邓华夏,龚兴龙,张培强等,磁流变弹性体调频吸振器的研制J功能材料,2006,53779079218王莲花，龚兴龙，邓华夏，倪正超，孔庆合磁流变弹性体自调谐振式吸振器及其优化控制J实验力学,2007年8月,第22卷34期42943419王世旺，汪建晓剪切式磁流变弹性体阻尼器力学性能研究J佛山科学技术学院学报自然科学版,2007年9月,第25卷第5期172020汪建晓，王世旺，孟光挤压式磁流变弹性体阻尼器转子系统的振动特性试验J航空学报,2008年1月,第29卷第1期919421游世辉,冯云华,丁志华等“磁流变弹性体橡胶空气弹簧”2007,中国,专利号,200620103324