剪切增稠液的非牛顿流变行为及其微观机理的数值研究

发布时间：2024-05-19 22:48

　　剪切增稠液(Shear Thickening Fluid,即STF),是一种非常典型的非牛顿流体,其表观黏度会随着剪切速率(或剪切应力)的上升而增加,这种行为被定义为剪切增稠(Shear Thickening,即ST)行为。在承受冲击载荷时,某些剪切增稠液的黏度甚至能增加近百倍,同时其具备响应快速灵敏、外加载荷卸载后能自主修复的特点。因此,在减振抗振、人体防护、降低噪声、表面抛光等方面有着广泛的应用前景。剪切增稠液通常是一种悬浮溶液体系,其流变性能与悬浮颗粒的类型、形状、体积分数等密切相关。目前,针对STF的性能的实验分析大多关注其宏观流变行为与微观组成成份之间的相互关系,缺乏对其剪切增稠行为的微观演化机制的认识。因此,本项研究将基于分子动力学、耗散粒子动力学等动力学微观分析方法,对不同颗粒悬浮溶液体系的剪切增稠行为进行分析,探讨其产生的微观机理,并对影响其性能的因素进行研究。具体工作内容如下:1.基于随机旋转动力学-分子动力学混合模型的连续剪切增稠中的微观结构演化与性能表征。针对连续剪切增稠行为,基于随机旋转动力学-分子动力学方法建立了剪切增稠液的二维模型,并通过Muller-Pla...

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－２经典的剪切增稠液的黏度－剪切速率变化曲线＾??

ｓｈｅａｒ?ｒａｔｅ?（ｓ?＇）?ｓｈｅａｒ?ｒａｔｅ?（ｓ＇１）??图１－１流体根据表观黏度与剪切速率关系的分类：牛顿流体、剪切变稀流体、剪切增稠流??体［１６］??研究人员根据流体的分类，采用了描绘流体通用的Ｏｓｔｗａｌｄ－ｄｅＷａｌｅ幂律函??数（Ｏｓｔｗａｌｄ－ｄｅＷａｌ....

图１－３剪切增稠液颗粒直径对临界剪切速率的影响??

来实现调节悬浮液剪切增稠性能得到符合机械应用需求的剪切应力［４８］。??Ｂａｒｎｅｓ也通过对前人工作的总结，得出了当悬浮液中颗粒直径范围为１０ｎｍ－??ｌＯＯｔｒｎｉ时的流变性能随粒径变化曲线，具体结果如图１－３所示［２４］。虽然在一些??细节部分会存在较大的差异，但总体吻合ｔ的....

图１＊４不同长径比的碳酸钙颗粒的ＳＥＭ图像：（ａ）?２／１；?（ｂ）?４／１；?（ｃ）?７／ｌ【２１］??

切增稠液后，就很难再针对颗粒的特点进行修正。因此，更多的研宄者采用的是??调整剪切增稠液中固体颗粒的体积分数，来实现对悬浮液的流变性能的修正。如??图１－５所示，随着体积分数的增加，悬浮液也伴随着从牛顿流体到连续剪切增稠??状态，再到非连续剪切增稠状态的变化［５６，５７］。从图１....

图１－５?（ａ）不同体积分数的悬浮液中表观黏度随剪切速率的变化［５６ｌ?（ｂ）不同体积??分数的悬浮液中表观黏度随剪切应力的变化［５？５??

多地选择采用粒径均一、单分散性良好的球形颗粒。??■■■??图１＊４不同长径比的碳酸钙颗粒的ＳＥＭ图像：（ａ）?２／１；?（ｂ）?４／１；?（ｃ）?７／ｌ【２１］??３）悬浮液组分的影响??虽然分散相颗粒本身存在这么多可控调控的地方，但一旦制备完成调配成剪??切增稠液后，就很难再....

本文编号：3978567