磁流变液构成的类梯度结构振动传递特性研究

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在磁场作用下,磁流变液具有液固转换和阻尼可变的特殊理化性质。在振动控制领域,目前主要应用其阻尼可控特性。实际上,液固转换过程就是磁流变液振动传递阻抗变化过程。因此,本文利用磁流变液的液固两相转换性质,通过控制磁场分布,构建了类梯度结构。通过理论建模、数值计算和实验的手段,对弹性波在该结构中的传递特性进行研究和分析。本文主要进行了以下几个方面的工作:首先,建立了弹性波在类梯度结构中传递的波动方程。为描述弹性波在类梯度结构中的传递,基于弹性波传递的一维波动方程,建立垂直入射的弹性波在类梯度结构中传递的波动方程。为描述波动方程中复剪切模量和拉梅常数与磁场强度之间的关系,基于弹性力学和粘弹性材料理论,建立磁流变液的等效参数模型。其次,对磁流变液的等效参数模型进行了修正。为了在等效参数模型中增加磁流变液的液相特征的影响,对其进行实验修正。使用等效参数模型计算弹性波在均匀磁场下的磁流变液中传递的振级落差,并搭建了基于磁流变液的振动传递特性实验台,进行相应的实验。将实验结果和理论结果对比分析,对等效参数模型中的复剪切模量进行修正。然后,对类梯度结构的振动传递特性进行了数值分析。基于连续介质的离散化方法和传递矩阵法,使用MATLAB对弹性波在类梯度结构中传递的波动方程进行数值计算,得到了磁场强度为30-100m T时,弹性波传递的振级落差-频率曲线。分析结果表明,随着磁场强度的增大和弹性波频率的提高,类梯度结构对弹性波的衰减作用在增强。最后,对类梯度结构的振动传递特性进行了实验研究。在磁场强度为30-100m T时,实验测量频率为30-100Hz的弹性波在类梯度结构中传递的振级落差。实验结果表明,类梯度结构对弹性波的衰减作用随频率和磁场强度的增加而增强,但与均匀磁场作用区域的厚度不明显相关;与零场磁流变液相比,类梯度结构对弹性波的衰减效果更好。通过对比实验结果与理论分析结果,验证了理论模型的有效性和准确性。
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