非均匀电场下电流变液动力学仿真与实验研究

发布时间：2017-09-30 08:21

  本文关键词：非均匀电场下电流变液动力学仿真与实验研究

  更多相关文章： 电流变液 动力学 非均匀电场 动态耦合 可视化实验

【摘要】：电流变液是一种流变特性可受外电场调控的新型智能材料,而电流变效应则是对电流变液在外电场作用下其表观粘度发生巨大变化的描述。经过数十年的探索研究,至今仍然没有一项基于电流变材料的成熟产品进入市场。究其原因,主要还是对电流变液在外电场作用下的各种力学性能表征及其内在的机理研究不够透彻,特别是对多场(电场、流动场及剪切场等)耦合作用下的力学性能与场致亚微观结构的动态耦合关系的理解还不够深入。本文针对当前电流变液研究中对非均匀电场下电流变液动力学研究缺乏这一现状,从理论和实验研究这两个方面开展研究工作,通过数值模拟仿真结合实验验证的方法研究了电流变液在非均匀电场下的动力学行为特性。首先,运用电流变液动力学基本方程,分别计算分析了非均匀电场下动力学过程中,电流变颗粒所受力中对电流变液场致亚微观结构演变影响最主要的力;并根据电动力学、流体力学等理论,结合电流变液基本控制方程,建立了非均匀电场与流动场(压力梯度场)的耦合场下电流变液动力学仿真模型。其次,利用有限元方法对静态和动态非均匀电场下电流变颗粒的瞬态运动情况进行了数值模拟仿真,探讨了在非均匀电场与流动场耦合作用下电流变液场致亚微观结构与力学性能的动态耦合关系。最后,根据实验要求配置了实验用电流变液,并对其进行了力学性能测试分析;利用可视化实验系统对非均匀电场下电流变液动力学进行了可视化实验研究,即单一场(交流场)和耦合场(交流场、压力梯度场等)作用下电流变液的动态响应,以及不同影响因子对电流变效应的影响。
【关键词】：电流变液 动力学 非均匀电场 动态耦合 可视化实验
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 电流变效应机理研究进展10-13
• 1.3 非均匀电场作用下研究进展13-14
• 1.4 电流变液工程应用与研究现状14-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第2章 非均匀电场下电流变液动力学仿真模型研究18-33
• 2.1 引言18-19
• 2.2 电流变液电敏颗粒取向成链的理论模型19-21
• 2.3 电流变液动力学基本方程及边界条件21-25
• 2.3.1 Maxwell方程组22-23
• 2.3.2 N-S 方程23-25
• 2.4 非均匀电场下电流变液动力学仿真模型建立25-31
• 2.4.1 颗粒间极化相互作用力计算分析25-26
• 2.4.2 液动力计算分析26-27
• 2.4.3 介电泳动力计算分析27-30
• 2.4.4 非均匀电场下电流变液动力学仿真模型30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 非均匀电场下电流变液动力学特性模拟仿真研究33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 电流变液动力学特性研究数值模拟方法33-36
• 3.2.1 有限元分析法介绍34-35
• 3.2.2 有限元分析法在电流变液体系中的应用35-36
• 3.3 有限元模拟方法理论分析36-39
• 3.4 数值模拟仿真结果与分析39-46
• 3.4.1 静态非均匀电场下电流变颗粒的瞬态运动情况40-43
• 3.4.2 动态非均匀电场下电流变颗粒的瞬态运动情况43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 非均匀电场下电流变液动力学可视化实验研究47-66
• 4.1 引言47
• 4.2 电流变材料的选型与配制47-48
• 4.3 电流变液力学性能测试及研究48-51
• 4.3.1 电流变液力学性能测试48-49
• 4.3.2 电流变液力学性能研究49-50
• 4.3.3 电流变液可视化工作的必要性50-51
• 4.4 可视化实验系统工作原理51-53
• 4.5 静态非均匀电场下电流变液动力学可视化实验53-57
• 4.5.1 静态场下电流变液亚微观结构演变过程53-54
• 4.5.2 静态场下颗粒体积分数对电流变效应的影响54-56
• 4.5.3 静态场下电场强度幅值对电流变效应的影响56-57
• 4.6 动态非均匀电场下电流变液动力学可视化实验57-65
• 4.6.1 动态场下电流变液亚微观结构演变与宏观力学性能57-59
• 4.6.2 动态场下颗粒体积分数对电流变效应的影响59-61
• 4.6.3 动态场下电场强度幅值对电流变效应的影响61-62
• 4.6.4 动态场下压力梯度对电流变效应的影响62-64
• 4.6.5 动态非均匀电场下的捕获效应64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第5章 全文总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66
• 5.2 研究展望66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目74

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本文编号：947123