Właściwości tłumiące kompozytów megnetoreologicznych, MBM PWR, Inżynierskie, Mechanika materiałów ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Właściwości tłumiącekompozytów magnetoreologicznych. Badania, modele, identyfikacja mgrinż.DanielLewandowski promotor: dr hab. inż. Jerzy Kaleta Wrocław2005 Dla rodziców, dzieki których pomocy udało mi sie tak łatwo przebyc tak dalekadroge... Streszczenie Głównym celem przyjętym w pracy była identyfikacja właściwości tłu miących wybranej klasy kompozytów magnetoreologicznych 1) w warunkach cyklicznego ścinania. Obiektem badań był kompozyt, którego matrycę two rzyła elastyczna struktura porowata. Pory wypełniono cieczą magnetoreolo giczną. Tak rozumiane kompozyty występują w anglojęzycznej literaturze przedmiotu podnazwą magnetorheological fluids impregnated solids lub ma- gnetorheological foams . Uzyskano w rezultacie materiał o cechach użytko wych (funkcjonalnych) zbliżonych do cieczy magnetoreologicznych, którego geometrięiwymiarymożnanatomiastwmiarędowolniekształtować(wprze ciwieństwie dosamej cieczy). Dajetoszansę obniżenia kosztów iposzerzenia możliwości zastosowań tej klasy SMART materiałów. Dokonano przeglądu materiałów magnetycznych zgrupy SMART 2) .Pod jęto autorską próbę klasyfikacji materiałów SMM. Niewielka liczba pozycji literaturowych z zakresu kompozytów była powodem potraktowania cieczy magnetoreologicznych, najbardziej znanych obiektów tej klasy, jako swego rodzajumateriałuodniesienia(referencyjnego).Dlategoteżobszernieprzyto czono pracezzakresu cieczy izrealizowano szeroki programbadańwłasnych ztegozakresu.Badanialiteraturoweipracewłasnedotyczyłybudowycieczy MR, technologii wytwarzania, metod eksperymentalnych, modeli konstytu tywnych, tzw. modeli strukturalnych dla tłumików z cieczami oraz zastoso wań cieczy. Omówiono też ferrociecze i elastomery magnetoreologiczne. Na tej podstawie zrealizowano program badań z zakresu kompozytów. Celemobszernegoprogramuzasadniczychbadańeksperymentalnychbyło wyznaczenie tłumienia w kompozytach. W tym celu wytworzono oryginalny kompozyt o powtarzalnych właściwościach. Skonstruowano stanowisko po miarowe do badań w warunkach cyklicznego ścinania. Zbudowano system sterowania oraz akwizycji i przetwarzania sygnałów pomiarowych zarówno mechanicznych, jak i magnetycznych. Wykonano podstawową serię badań w warunkach sterowania naprężeniem. Ichcelem było określenie wpływu pa rametrów mechanicznych (częstotliwość, amplituda wymuszenia) oraz ma gnetycznych (natężenie pola) na charakter i postać energii dyssypacji W jako wielkości charakteryzującej właściwości tłumiące. 1) ang. magnetorheological composites 2) ang. SMM – SMART magnetic materials 2 Modeleznanezliteraturyprzedmiotudla cieczy MR okazałysięnieprzy datne.Dlategoteżzaproponowanowłasny,przyjmując,żemateriałkompozy tu jest ciałem sprężystolepkoplastycznym, a dokładniej ciałem lepkospręży stymdogranicyplastycznościilepkoplastycznympowyżejtejgranicy.Zbada nomożliwościmodelureologicznego,wktórymczteryparametryuzależniono od natężenia pola magnetycznego. Wyprowadzono następnie zależności na energię rozproszoną, wydzielając człony związane odpowiednio z właściwo ściami lepkimi oraz plastycznymi. Symulacje numeryczne modelu pozwoliły na przewidywanie jego zachowania w warunkach granicznych. Następnie określono procedurę identyfikacji parametrów oraz przeprowa dzono kilkustopniową identyfikację właściwą. Za wielkość kryterialną przy jęto energię rozpraszaną w materiale, pole pętli histerezy W . Identyfikację przeprowadzonowzakresieczęstotliwościprzyszłychzastosowańkompozytu, czyli dla 5 f 15 Hz . Wykazano, iż w tym obszarze model czteropara metrowy można uprościć, gdyż pominąć można wpływ członu zawierającego lepkość. W rezultacie udowodniono, iż trójparametrowy model (sprężysto plastyczny zliniowymwzmocnieniem kinematycznym) możebyćefektywnie wykorzystany do sterowania właściwościami tłumiącymi kompozytu magne toreologicznego. Dodatkowo przeprowadzono identyfikację pełnego modelu czteroparame trowego w przedziale częstotliwości 0 , 5 f 5 Hz , gdzie eksperymentalnie wykazano wpływ efektów lepkich. Otrzymane wyniki uznano za niezadowa lające i sformułowano sugestię co do kierunku dalszych prac. Rezultaty uzyskane w rozprawie zebrano w formie wniosków i uwag koń cowychuporządkowanychwsześciublokachtematycznych.Pracezakończono sugestiami co do przewidywanych obszarów badań i zastosowań w omawia nym obszarze w najbliższych latach. Zasugerowano też kierunki dalszej ak tywności własnej zespołu. 3 Spis treści Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1. Wprowadzenie i cel pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1. Materiały SMART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2. Materiały magnetoreologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3. Klasyfikacja SMART magnetic materials . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4. Kompozyty magnetoreologiczne. Cel pracy i działania o znaczeniu kluczowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 I. Materiały magnetoreologiczne 2. Ciecze magnetoreologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.1.1. Budowa, mechanizm działania i właściwości cieczy MR . . 18 2.2. Modele konstytutywne cieczy MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.1. Model Binghama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.2. Model Crossa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2.3. Modele Cassona i HerschelaBulkleya . . . . . . . . . . . . 27 2.2.4. Model McKinleya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.5. Modele mikrostrukturalne i symulacje numeryczne . . . . . 28 2.3. Zastosowania cieczy magnetoreologicznych . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.1. Sposoby wykorzystania cieczy MR w urządzeniach . . . . . 30 2.3.2. Liniowe tłumiki drgań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.3. Sprzęgła, hamulce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.4. Precyzyjna obróbka ubytkowa powierzchni za pomocą cieczy MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.5. Systemy dotykowe z cieczami MR . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3.6. Struktury SMART z wykorzystaniem liniowych tłumików MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4. Modele strukturalne tłumików z cieczami MR . . . . . . . . . . . 41 2.4.1. Model Binghama dla tłumika z cieczą MR . . . . . . . . . 41 2.4.2. Model BoucWena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3. Ciecze ferro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1. Zastosowania cieczy ferro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.1. Uszczelnienia magnetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.2. Medyczne zastosowania cieczy ferro . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.3. Ferrożele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4. Kompozyty i elastomery magnetoreologiczne . . . . . . . . . . . 48 4.1. Budowa kompozytów MR i terminologia . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2. Zastosowania kompozytów MR w tłumikach tarciowych . . . . . . 49 4.2.1. Model tłumika o zmiennym tarciu . . . . . . . . . . . . . . 49 4 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |