磁流变塑性体(Magnetorheological plastomer,MRP)是一种新型磁敏软材料,其力学性能与电学性能可以通过磁场进行调控,通常由磁性颗粒与非磁性塑性基体构成。无磁场时,MRP可以被改变成任意形状并在去掉外力后保持这一形状,表现出塑性行为。同时,内部磁性颗粒可以在磁场作用下发生移动形成链或网状结构,并在去掉磁场后继续保持这一结构,使其具有高磁流变效应与磁致电阻效应且无颗粒沉降问题。在减振降噪,智能驱动与传感等领域有着广阔的应用前景。此外,其颗粒微结构的磁场可塑性便于研究宏观力学性能与微观结构之间的联系。因而对MRP的研究具有重要实用与理论分析意义。目前为止,针对MRP性能测试与颗粒微结构计算的研究已经取得初步研究成果,但是还没有关于MRP性能优化及应用的研究。同时,还需要进一步完善材料性能测试与表征,加强对颗粒与基体间相互作用机理研究的。针对当前研究的不足,本文中首先测试了振荡剪切过程中MRP的法向应力,进一步研究宏观力学性能与微结构间的联系。然后针对材料性能优化工作的不足,分别制备了玻璃球增强MRP及石墨片增强MRP并测试了其力学性能与电学性能,最后设计了一个应用MRP做缓冲介质的磁流变缓冲器。具体研究内容包括以下几个方面:1.MRP剪切模式下法向力学行为研究。首先进一步完善了磁流变塑性体力学性能的测试与表征,测试了 MRP在不同剪切模式下的法向应力行为,发现法向应力随剪切应变的振荡而振荡,且在不同应变区间有着不同的变化规律。阶跃应变剪切模式下测试结果显示剪切本身也会在MRP中产生法向应力且应力大小与应变成正比,称为坡印廷效应。运用颗粒尺度的分子动力学方法计算了不同正弦剪切应变下的颗粒微结构、磁致法向应力以及结构应变等。结果显示颗粒微结构应变远小于剪切应变且两应变间存在相位差。综合实验测试结果与数值计算结果得出坡印廷效应与磁致应力随微结构的变化是法向应力变化的主要原因。2.制备空心玻璃球增强的MRP,测试并分析了空心玻璃球对MRP磁致力学性能的增强作用。针对磁流变塑性体性能优化工作的不足,首先添加空心玻璃球提高MRP的力学性能。测试结果发现空心玻璃球的添加不仅提高了 MRP的初始剪切模量,还极大的增强了其磁致力学性能。运用等效夹杂理论建立了 MRP磁致剪切模量与内部铁粉颗粒及空心玻璃球含量的关系。理论拟合结果与实验结果吻合较好。非磁性空心玻璃球的添加可以替代部分铁粉颗粒并达到相同的力学’ 性能指标,既能降低材料整体密度还能降低材料制备成本。3.GMRP制备及其磁-力-电耦合性能研究。制备了添加石墨片的磁流变塑性体(GMRP)并测试了其力学性能与电学性能,发现石墨片的添加有效提高了其磁致力学性能并极大的提高了 MRP的导电性。随着磁场的增加,MRP电阻减小至少三个量级。同时,添加石墨能够将MRP导电性能提高8000倍。进一步提出了一个颗粒-颗粒电阻模型建立磁场、颗粒间距变化与电学性能之间的联系,推导磁场作用下电阻随磁感应强度的变化关系。模型的拟合结果与实验结果吻合较好。最后还运用MRP电阻的磁场可控性,设计了一个磁控开关。4.磁流变塑性体缓冲器设计与性能测试。最后,设计了应用MRP作为缓冲介质的新型磁流变缓冲器,并测试了其缓冲性能。首先研究了磁场作用下MRP在剪切及挤压模式下的力学性能,在此基础上设计了新型磁流变缓冲器。此缓冲器活塞侧面与内衬侧面平行且均为斜面,使活塞间距随活塞下移而减小。同时用有限元分析方法计算了缓冲器内部磁场分布。用不导磁的不锈钢加工活塞下杆,使活塞间隙处磁感应强度随着活塞下降而增大。这种设计可以提高整个缓冲行程的利用率,减小冲击过程中的脉冲力幅值。缓冲性能测试结果显示,在整个缓冲过程中能量吸收过程比较平稳,达到设计要求。在落锤实验中,活塞的速度能够在13 ms内从3.4 m/s减小到0且最大阻尼力不随落锤重量增加而增加。最大阻尼力可达8 kN。接通电流能够提高能量吸收率且能量吸收率从4.1 J/mm提高到5.1 J/mm。