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摘要

提出了一种磁流变液构成的类梯度结构, 并通过理论建模、数值计算和实验研究了该结构的振动传递特性. 磁流变液在磁场作用下具有液固转换的特殊理化性质, 而液固转换过程就是磁流变液的振动传递阻抗变化过程. 因此, 基于磁流变液的这一特性, 通过控制磁场, 构建了类梯度结构. 基于弹性波传递的一维波动方程, 建立了垂直入射的弹性波在类梯度结构中传递的波动方程. 然后, 使用连续介质的离散化方法和传递矩阵法进行求解, 得到振级落差的表达式, 对其进行数值计算, 分析类梯度结构的振级落差随弹性波频率和磁场强度的变化趋势. 最后, 对类梯度结构的振动传递特性进行了实验研究, 分析了磁场强度对类梯度结构振动传递特性的影响. 研究结果表明, 与均匀场作用的磁流变液相比, 类梯度结构对弹性波的衰减效果更好, 且该结构具备良好的可调控特性.

关键词:

Abstract

In this paper, a gradient-like structure composed of magnetorheological (MR) fluids is proposed, and its vibration transfer characteristic is studied through the modeling, numerical calculation and experimental test. Under the action of an externally applied magnetic field, the MR fluid exhibits the liquid-solid transformation property: the process of transformation between solid and liquid in fact is the change of vibration-transfer impedance. Therefore, based on this property, the gradient-like structure is constructed by controlling the external magnetic field. Based on the wave equation of one-dimensional elastic wave propagation, the wave equation of elastic wave transfer in the gradient-like structure is established. In order to describe the relationship between the complex shear modulus and Lame constant of MR fluid and magnetic field intensity in the wave equation, the equivalent parameter model of MR fluid is established based on the theory of elasticity and viscoelastic materials. Then, the experimental set-up is built to modify this model through experiments. Afterward, the discretization method of continuous medium and transfer matrix method are adopted to solve the wave equation, and the expression of vibration level drop is obtained. Through the numerical calculation, the trend of vibration level drop varying with the frequency of incident elastic wave and the intensity of magnetic field for the gradient-like structure is obtained. Finally, the vibration transfer characteristic of the gradient-like structure is studied experimentally, and the influence of magnetic field intensity on the vibration transfer characteristic of the gradient-like structure is analyzed. The results show that the numerical results are in good accordance with the experimental results, thereby verifying that the numerical model is accurate. And the gradient-like structure has a better attenuation effect on the elastic wave than the MR fluid under the action of a uniform magnetic field, and has an excellent tunable property as well.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:赵丹,heuzhaodan@outlook.com

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 51675111, 51775123)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Zhao Dan,heuzhaodan@outlook.com

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51675111, 51775123)

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参考文献

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性能名称	平均粒径	颗粒密度	载液密度	零场黏度	颗粒体积分数
性能名称	d/μm	${\rho _{\rm{f}}}$/kg·m^–3	${\rho _{\rm{r}}}$/kg·m^–3	$\eta $/Ns·m^–2	$\theta $
参数值	5.5	6698	998	0.2425	27%

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修正倍数	振级落差
修正倍数	理论值/dB	实验值/dB	误差
2倍	9.6876	15.4419	37.31%
5倍	14.4739		6.27%
10倍	18.2995		18.51%
15倍	19.8275		28.40%
20倍	20.7795		34.57%

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修正倍数	振级落差
修正倍数	理论值/dB	实验值/dB	误差
5倍	14.4739	15.4419	6.27%
6倍	15.5312		0.58%
7倍	16.4132		6.29%
8倍	17.1524		11.08%
9倍	17.7743		15.10%

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输入弹性波频率	振级落差
输入弹性波频率	理论值/dB	实验值/dB	误差
30 Hz	5.1457	5.6042	8.18%
40 Hz	6.8610	6.7979	0.93%
50 Hz	8.5762	8.5199	0.66%
60 Hz	10.2915	10.2858	0.06%
70 Hz	12.0067	11.5679	4.3%
80 Hz	13.7219	12.8765	6.51%
90 Hz	14.4372	13.8086	4.55%
100 Hz	15.5312	15.4419	0.58%

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编号	实验参数/mT	误差
实验1	50	2.856%
实验2	70	2.233%
实验3	100	3.585%

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