剪切增稠材料的力学性能表征及机理研究

发布时间：2021-06-29 12:01

　　剪切增稠液（STF）是一种将纳米或微米级的颗粒分散到牛顿流体中而形成的非均质颗粒悬浮液。通常在剪切条件下,其粘度随着剪切速率的增大而增大。这种悬浮体系在低扰动下表现为流体状态,当突然施加作用力时变得异常粘稠甚至展现出类固体状态,当撤去外部力作用时重新恢复到流体状态。由于STF的力学性能高度非线性使其具有优异的能量吸收能力,从而在振动控制、抗冲击、人体防护等领域具有重要的应用前景。过去几十年间,在STF的力学性能表征和机理解释等方面,已经取得了一大批研究成果。但是,仍有许多工作亟待解决。对剪切现象更加深入的了解,进而合理有效地解决工程实际问题,正是本文所追求的目标。为此,本文首先对STF低速小载荷下的流变性能进行了表征；接着对STF高速大载荷下的冲击力学性能进行了表征；然后,通过研究剪切在STF流场状态转换中的作用,提出了一种新的更加合理的解释剪切增稠现象的模型-颗粒松弛模型；最后,针对STF应用中的不稳定性和不易封装,研究了一种性能稳定优异的易于工程应用的剪切增稠胶材料。具体工作包括以下几个方面：1.采用安东帕MCR301流变仪,表征了STF低速小载荷下的流变性能,发现了STF流变性能... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

粘度示意图

为指数坐标⑴图1.2描述了不同类型颗粒悬浮液在剪切条件下可能出现的流变现象。图中斜率为1的黑色直线表示牛顿流体，相应的斜率小于1表示剪切变稀，斜率大于1表示剪切增稠。由图中可以看出，随着剪切速率的增大，悬浮体系依次表现出剪切变稀、牛顿、剪切增稠现象。在剪切变稀阶段，如果颗粒之间具有相互的吸引力或者颗粒与液体密度不匹配引起的沉降，会使体系产生屈服应力，如图1.2中蓝线所示。此时，颗粒之间相互接触。典型的具有屈服应力的STF是玉米淀粉-水悬浮液。由于体系内部玉米淀粉颗粒的沉降，在悬浮液底部会形成静态网状力链结构。当外部施加的剪切应力小于屈服应力时

如果冲击力足够大超过体系类固体态时的屈服应力，小杆会进入DST悬浮液，体系呈现脆裂现象[58]。图1.6a为小杆撞击剪切玉米淀粉-水溶液后，体系的力链网状结构的演化图。红色部分为固体区域，橙色部分为外加质量的有效形状，黄色部分为未被扰动的溶液。图1.6b为小杆撞击悬浮液后，体系的位移变化，颜色的深浅代表垂直位移的大小。由图所示，在小杆接触表面，体系的位移最大。(D) -4 ^ 2 2■ < —.1—. r丨…"___丨 ■丨"r '""[■■■■- r j - -j 厂1:/?add— I 1Solid plug f^： :.:.9: ：? .to-202160ricm)图1.6 (a)小杆撞击玉米淀粉-水溶液示意图；（b)小杆撞击后的玉米淀粉-水溶液后，体系的位移变化图[53]1.2 力学性能表征1.2.1 稳态及动态流变性能传统研究STF的力学性能主要集中在对其流变性能的测试，主要包括剪切条件下的稳态和动态流变性能[2]。图1.7a为在剪切条件下


本文编号：3256407