电流变液体的声学及振动控制行为研究

论文题目: 电流变液体的声学及振动控制行为研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 唐宏

导师: 赵晓鹏

关键词: 复杂流体,电流变液,声子晶体,可调控声学器件,复合夹层结构,柔性结构,压电陶瓷,自耦合,阻尼器,减振

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电流变液是一种智能材料，同时它也属于复杂流体的范畴。在外电场作用下，电流变液内部的分散颗粒在载液中排成一定规则的微观结构，从而它的许多物理性能发生很大变化。本文设计了柔性电流变液复合夹层膜，并细致地研究了该柔性夹层膜的声波透射行为。制作柔性夹层的材料分别有涂敷导电胶的塑料薄膜和导电硅橡胶；使用的电流变液材料有淀粉／硅油体系和丙烯酰胺包覆Cr掺杂TiO2纳米颗粒／硅油体系；电极方式有膜层上下电极（对应电场与声波传播同方向）和单面栅形电极（对应电场与声波传播方向垂直）；还对不同面尺寸的柔性夹层膜对声波透射行为的影响进行了研究；建立了柔性夹层膜的振动-辐射模型，分析了柔性夹层膜上的共振效应与透射声压级谱线上的峰形的对应关系，定性地阐明了声波透射可调控行为的原因。此外，基于智能材料与系统的思想，用电流变液作控制振动的执行器，用压电陶瓷作振动响应器和为电流变液固化提供电场的激励器，设计制作了两代电流变-压电陶瓷自耦合阻尼器件，并进行了阻尼器振动性能的理论分析和实验研究。论文工作主要结果如下： 1．淀粉电流变液／导电胶塑料膜电极复合柔性薄层；在约80—150Hz频段内，透射声压级（SPL）随电场增加而增大，SPL谱线呈现一个共振峰，峰高度也随电场增加而增大；对颗粒体积分数31％，SPL谱线的共振峰的峰顶点频率值随电场强度增加向高频方向移动；在SPL出现可调控的频段内，透射声波的相位也随电场强度增加而增大；体积分数从16％增到31％，SPL可调控频段也向高频移动，从75—140Hz移到90-170Hz，且SPL的可调控幅度也增强。 2．建立了柔性夹层膜的振动．辐射模型，从定性或半定量的角度阐明了透射声波可调控的原因。将ER膜的声透射转换为求等效的活塞发生器的声辐射场问题；将ER膜的振动简化为2自由度模型；ER流体的弹性参数由贮能模量和损耗模量得到。在电场作用下，振动位移谱线出现明显的共振峰，表明ER膜层上发生较强的共振效应；与位移共振现象相对应，声辐射谱线出现了明显的共振峰，表明实验测得的透射声压峰现象是由ER膜层上共振效应造成的，而这又归因于电场导致的ER流体的粘弹特性的变化；ER膜层上的共振态强弱可以由电场强度来调控，这就导致了电场可调控的声透射行为。 3．对栅形电极的淀粉／硅油电流变液柔性薄层，透射声波方向与电场方向近似垂直。对面尺寸90×90mm样品，体积分数22％时，在80-160Hz频率段，SPL随外电场强度增加而增大，并且SPL谱线呈现一个峰形；体积分数从22％增到34％，

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 前言

第二章 电流变液与声子晶体研究进展

2.1 电流变液研究进展

2.1.1 电流变液研究发展概况

2.1.2 电流变液的材料

2.1.3 电流变液的性能表征

2.1.4 影响ER效应的因素

2.1.5 电流变效应的机理

2.1.6 电流变液应用研究

2.2 声子晶体研究进展

2.2.1 声子晶体的主要特点

2.2.2 声子晶体带隙结构的研究

2.2.3 理论分析方法

2.2.4 缺陷态研究

2.2.5 与声子晶体有关的物理效应

参考文献

第三章 电流变液/柔性电极复合夹层声透射行为

3.1 引言

3.2 样品制备

3.3 实验装置

3.4 实验过程

3.5 实验结果

3.5.1 透射声压级的变化

3.5.2 透射声波相位的变化

3.6 讨论

3.7 本章小结

参考文献

第四章 柔性电流变薄层的声共振理论模型

4.1 理想流体媒质的波动方程

4.1.1 一维波动方程

4.1.2 三维声波方程

4.2 点声源的声波方程

4.3 任意面声源的声辐射场

4.4 活塞声源辐射场

4.5 夹层电流变薄板的振动-辐射模型

4.6 电流变液体的粘弹性模型

4.7 振动-辐射模拟结果

4.8 本章小结

参考文献

第五章 单面栅形电极的电流变薄层声响应行为

5.1 引言

5.2 样品制备

5.3 实验过程

5.4 实验结果与讨论

5.4.1 体积分数的影响

5.4.2 电流变液薄层面尺寸的影响

5.4.3 讨论

5.5 理论分析

5.6 本章小结

参考文献

第六章 纳米电流变胶在声场电场共同作用下响应行为

6.1 引言

6.2 样品制备

6.3 实验装置

6.4 实验过程

6.5 实验结果

6.5.1 颗粒/硅油重量比对SPL的影响

6.5.2 透射波相位的变化

6.6 理论分析

6.6.1 夹层面板的振动-辐射模型

6.6.2 模拟结果和讨论

6.7 本章小结

参考文献

第七章 电流变液与压电陶瓷复合的自耦合阻尼器

7.1 引言

7.2 自耦合阻尼器工作原理

7.3 第一代电流变液-压电陶瓷自适应阻尼器

7.3.1 ER自适应阻尼器设计与制作

7.3.2 自适应阻尼器理论模型

7.3.3 减振实验

7.4 第二代电流变自耦合阻尼器

7.4.1 自耦合阻尼器设计与制作

7.4.2 振动实验

7.5 本章小结

参考文献

第八章 全文总结

攻博期间发表的论文和专利

致谢

发布时间: 2007-03-29

参考文献

• [1].巨电流变液的非平衡态结构研究[D]. 李丛.复旦大学2012
• [2].电流变材料及减振控制研究[D]. 郑玲.重庆大学2005
• [3].纳米化电流变材料制备及其性能研究[D]. 王宝祥.西北工业大学2005
• [4].La-Ti-O系电流变材料合成和性能研究及电流变液挥发性研究[D]. 王德.中国科学技术大学2017
• [5].甲基丙烯酸烷基酯改性的纳米二氧化钛电流变体系的构建、性能研究及在电泳显示中的应用[D]. 江艳萍.天津大学2014
• [6].聚苯胺——钛酸钡纳米复合材料的合成、结构及其在电流变液方面的应用[D]. 魏建红.武汉理工大学2002
• [7].电流变液流变行为和结构演化的模拟研究[D]. 杨帆.中国科学技术大学2012
• [8].电流变液的力学性能研究及其微观结构研究[D]. 王志远.中国科学技术大学2017
• [9].电流变液力学性能研究[D]. 张敏梁.清华大学2009
• [10].聚芳香胺/蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究[D]. 路军.西北工业大学2003

相关论文

• [1].电流变液声传播机理及特性研究[D]. 丁律辉.华中科技大学2010
• [2].电流变减振器理论与实验研究[D]. 陈永光.重庆大学2002
• [3].电流变液微波穿透可调控行为特征[D]. 范吉军.西北工业大学2002
• [4].电流变液体减振器及其阻尼介质特性研究[D]. 陈旭.重庆大学2003
• [5].电流变材料及减振控制研究[D]. 郑玲.重庆大学2005
• [6].新型复合电流变材料的设计、制备及性能研究[D]. 侯家祥.中国科学技术大学2006
• [7].纳米化电流变材料制备及其性能研究[D]. 王宝祥.西北工业大学2005
• [8].大范围运动电流变夹层梁的动力学特性与振动控制[D]. 魏克湘.上海交通大学2006
• [9].在电场和剪切流共同作用下电流变液结构实验理论研究[D]. 曹建国.复旦大学2006
• [10].含水复合电流变弹性胶体的制备及其性能研究[D]. 高玲香.西北工业大学2006

标签：复杂流体论文;  电流变液论文;  声子晶体论文;  可调控声学器件论文;  复合夹层结构论文;  柔性结构论文;  压电陶瓷论文;  自耦合论文;  阻尼器论文;  减振论文;