文档介绍：摘要
摘要
电流变效应的强度,即电流变液的剪切力是由体系中电流变颗粒的相互作用
力的大小决定的,而电流变颗粒间的相互作用力又取决于颗粒间局域电场的分
布。由于体系中电流变颗粒间的距离很小,甚至相互接触并形成链状乃至柱状结
构,因此颗粒间的局域电场的强度非常强沪理论司一以计算颗粒间局域电场强度,
但是并没有直接从实验上进行过测量。
本文的工作就是利用光学方法,对颗粒间的局域电场进行了实验测量。实验
以克尔效应电光效应为原理并采用计算机断层扫描算法对实验测量得到的
一维的原始数据进行分析,得到二维的数据信息。使用钢珠一硝基笨体系模拟真
实的电流变体系测量了在不同外电场下体系中颗粒间局域电场的分布。结果表
明,颗粒间局域电场的最大值明显大于外电场,大约是相应外电场的倍。
进一步,根据有限元分析法利用计算机模拟了颗粒间局域电场的分布,并将结果
与实验结果进行了比较。在大多数情况下,两者是吻合的。
关键词
电流变液局域电场克尔效应计算机断层扫描有限元分析
摘要

州
第一章异论
第一章导论
电流变液,也被称为“智能液体”,近些年来引起了全世界科学
家和工程学家的极大关注。早在世纪晚期,就首次观测到了电流变
现象,然而一直到年,才对电流变效应的机制做出了
些解释
外加电场会影响在基液中材料的流动和结构。这种影响就叫做电流变效应,
或者说效应,而具有越种性质的液体则被称为电流变液。通
常情况下,电流变液是由在低粘度绝缘液体中的纳米或者微米尺度的介质颗粒组
成的。在外电场作用下,电流变液将会经历从液态到“固态”的相变过程,它的
响应时间只有毫秒量级。利用实验和计算机模拟,可以看到相变的过程。这
个过程是可逆的,也就是说,外电场一撤去,电流变液体就会恢复成液态。
电流变液所具有的这样特殊的性质,使得它们在机械应用方面成为理想的材
料。比如说,减震器,离合器,刹车以及真空管。科学家和工程学家正尝试着
去优化电流变液的强度和稳定性以适应不用种类的需求。
直到今天,科学家们已经建立了一些微观模型去解释电流变效应静电极化
模型,电双层模型,还有水桥模型等等。
在这些模型中,由提出的静电模型。是最早而月应用的最广的一个。
在外电场下电流变颗粒被看成电偶极子,‘臼们将会沿着外场的方向排列。当两
个电偶极子间的连线方向和外场平行时,它们会相互吸引。反之,当它们之间的
连线方向垂直于电场方向时,它们勺相排斥。这个模型以解释链或杜状结构
此外,也能解释许多电流变液的其他现琢因此下它被公认为是一个很好的模
型。
第章导论
然而,这些理论还不能解释一些新的实验现象和结果。例如,众所周知,理
论预计最大剪切应力应该在左右,但是实验中已经观测到了剪切应力超过
的电流变液。至今,还没有实际的电流变设备应用于工业,因为人类对
电流变液的微观机制还不甚了解。
第二章电流变液的理论模型
第二章电流变液的理论模型
这章所要介绍的是电流变液的基本理论模型。首先介绍的是在外电场下电流
变液体结构的演变。接着是计算电流变颗粒间相互作用力的两个模型电极化模
型和电导模型,最后是我的研究重点。
在电场下电流变液结构的演变
在高外电场的作用下,电流变液的结构会发生改变。不但从光学观测,而
月从计算机模拟,都可以看到在没有外电场的时候电流变颗粒无序地悬浮
在绝缘的液体中。一旦加上了量级的外电场后,电流变液的结构就发生变
化。变化过程包括两步颗粒形成沿电场方向的链,接着,链之间的吸引力会导
致链形成粗的柱。如果体积分数足够大的话,会形成丁体心四角结构或
六角密堆结构。图就是。的分子动力学模拟的结果。图中
显示的是在不同的电场和剪切场下,所形成的种结构。图是由
通过布朗运动模型所得到的相图
第二章电流变液的理论模型
近来,的结果指出在电场中,一些有强电流变效应的材料,不能
形成链或柱状结构。但是当外加剪切场的时候,出现了层状结构,这种电流变液
的剪切力很高。他的结论将成为传统的“柱越粗,电流变效应越强”的观念的挑
战。他认为层状结构是电流变液强度的标志。然而,要验证究竟谁是正确的,还
需要更多的研究。
电流变颗粒间相互作用力的理论
极化模型
用这个模型见图计算了静电力·

介电常数为直径为的电流变颗粒悬浮在介电常数为的基液中。电势
满足拉普拉斯方程
二
以及边界条件

”
第二章电流变液的理论模型
这里的是颗粒表面法向的单位矢量。和尹分别代表颗粒