微尺度下电流变液动力学模拟与实验研究

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1、学校代码10530学号201510161664分类号TB381密级公开硕士学位论文微尺度下电流变液动力学模拟与实验研究学位申请人章岱指导教师朱石沙教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机电液传动与控制二零一八年六月DynamicsSimulationandExperimentalResearchofElectrorheologicalFluidsunderthemicro-scaleCandidateZhangDaiSupervisorProfessorZhuShishaCollegeCollegeofMechanicalEn

2、gineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationMechanicalelectro-hydraulictransmissionandcontrolDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要电流变液是一种流变特性在外电场作用下迅速且可逆变化的智能材料，在实际工程应用方面具有广阔的前景，尽管目前新型电流变材料的屈服应力有了很大的提高，然而目前仍然没有一种成熟的基于电流变材料的产品进入市场。原因在于对外耦合场作用下的电流变效

3、应机理和电流变液动力学特性的了解不够透彻。在电流变液的研究进展中发现，表征电流变效应的时间和空间尺度都是非常小的，其流动过程中具有一些微尺度流动特征。根据这一特征，本文将电流变液的流动视为微尺度流动，从理论和实验研究这两个方面展开研究工作，通过数值模拟结合实验的方法研究了电流变液在动态耦合场（电场与泊肃叶流动场）作用下的动力学特性。目的在于全面深入地诠释电流变效应机理和完善电流变材料的配方设计。主要的工作如下：首先，基于电流变效应的理论模型，综合动电效应和表面力这些微尺度因素的影响分别分析和计算了介电微粒的主要受力，依此建立了微尺度下电

4、流变液动力学方程，并根据流体力学和电动力学等理论结合电流变液控制方程建立了微尺度下电流变液动力学耦合模型。其次，采用耗散粒子动力学方法对电流变液在静态场和动态耦合场作用下介电微粒的动力学规律进行了数值模拟。并研究了静态场下表面力对电流变液亚微观结构的影响和动态耦合场下电粘性效应对电流变液流速的影响。最后，采用二甲基硅油和阴离子交换树脂制备了实验用的电流变液，并对其流变特性进行了测试。通过实验台分别对静态场下电流变液亚微观结构的变化过程和动态耦合场下电流变液的动力学特性进行了观测，并研究了电场强度、流速和通道高度对电流变效应的影响。实验研

5、究中发现静态场下的电渗效应和动态场下的壁面滑移现象表现出微尺度流动特征。关键词：电流变液动力学；微尺度；耦合场；DPD模拟方法；动态实验IAbstractElectrorheological(ER)fluidisatypeofintelligentmaterialwhoserheologicalpropertiescanchangerapidlyandreversiblyundertheactionofelectricfield,ithasbroadprospectsintherespectofthepracticalengineeri

6、ngapplications,althoughtheyieldstressofthenewtypeERmaterialshadgreatenhancementincurrent,therearestillnomatureproductsrelevanttoERmaterialsapproachingthemarket.ThereasonmainlyliesintheinsufficientinvestigationontheEReffectmechanismandthedynamiccharacteristicsofERfluidsun

7、dertheactionofthecouplingfield.FoundontheresearchprogressofERfluids,boththescalesoftimeandspacetorepresentEReffectareverysmall,therearesomecharacteristicsofmicro-scaleflowinitsflowprocess.Accordingtothischaracteristics,theflowofERfluidsisregardedasmicro-scaleflowinthispa

8、per,theresearchworkfromtheoreticalandexperimentalstudieshasbeencarriedout,thedynamiccharacteristicsofER