磁流变黏弹性材料与结构智能控制

将磁性颗粒填充于黏弹性基体中可以制备得到具有磁控特性的黏弹性材料，通过调节外加磁场可以对其物理性能（如力学、电学、光学、热学等性能）进行迅速、连续和可逆的控制。因此，磁流变黏弹性材料在振动与噪声、传感器、电磁屏蔽等领域有着广阔的应用前景。本书系统介绍了磁流变黏弹性材料的基本概念和理论；综述了国内外包括磁流变弹性体、磁流变胶、磁流变塑性体等在内的多种磁敏黏弹性材料的研究进展；讨论了各类磁敏黏弹性材料的特点，并从材料制备、性能表征、应用研究等方面进行了详细分析和介绍；总结了作者近二十年利用磁流变黏弹性材料开发隔振、减振、缓冲吸能器件进行结构智能控制的研究成果，并就磁敏黏弹性材料未来的发展进行了展望。

第1章 绪论 1
1.1 智能材料与智能结构 1
1.2 磁流变材料及其特性 2
1.2.1 磁流变液 2
1.2.2 磁流变胶 4
1.2.3 磁流变塑性体 5
1.2.4 磁流变弹性体 7
1.2.5 其他磁流变材料 13
1.3 智能结构的控制 14
1.3.1 主动控制 15
1.3.2 半主动控制 16
1.3.3 依赖于模型的控制算法 17
1.3.4 不依赖于模型的控制算法 21
1.4 磁流变黏弹性材料的应用 23
1.4.1 磁流变液的应用 24
1.4.2 磁流变胶的应用 24
1.4.3 磁流变弹性体的应用 25
参考文献 28
第2章 磁流变弹性体 41
2.1 磁流变弹性体的主要组分及制备方法 41
2.1.1 磁性颗粒 41
2.1.2 高分子基体 43
2.1.3 添加剂和补强剂 43
2.1.4 磁流变弹性体的制备工艺 44
2.2 磁流变弹性体的力学特性及微观结构表征 45
2.2.1 静态力学特性参数 46
2.2.2 动态力学特性参数 47
2.2.3 微观结构表征 49
2.3 基于不同聚合物基体的磁流变弹性体 51
2.3.1 硅橡胶基磁流变弹性体 51
2.3.2 聚氨酯基磁流变弹性体 54
2.4 基于不同磁性颗粒的磁流变弹性体 57
2.4.1 磁性颗粒对磁流变弹性体性能的影响 57
2.4.2 铁纳米片包覆羰基铁粉对磁流变弹性体性能的影响 65
2.4.3 硬磁颗粒对磁流变弹性体性能的影响 70
2.5 界面对磁流变弹性体性能的影响 81
2.5.1 多孔磁流变弹性体的制备与表征 81
2.5.2 聚苯胺包覆羰基铁粉增强磁流变弹性体的制备和表征 91
2.6 添加剂对磁流变弹性体力学性能的影响 102
2.6.1 增塑剂对磁流变弹性体力学性能的影响 102
2.6.2 补强剂对磁流变弹性体力学性能的影响 104
2.7 应用环境对磁流变弹性体性能的影响 106
2.7.1 温度对磁流变弹性体性能的影响 106
2.7.2 辐射对磁流变弹性体性能的影响 110
2.8 磁流变弹性体的静态黏弹行为 114
2.8.1 磁流变弹性体的蠕变回复特性 114
2.8.2 磁流变弹性体的应力松弛特性 125
2.9 磁流变弹性体的磁致机理研究 132
2.9.1 磁流变弹性体的微观磁致机理 133
2.9.2 磁流变弹性体的宏观磁致机理 140
参考文献 146
第3章 磁流变胶 152
3.1 磁流变胶的主要组分及制备方法 152
3.1.1 磁性粒子 152
3.1.2 基体 153
3.1.3 添加剂 153
3.1.4 聚氨酯基磁流变胶的制备工艺 155
3.2 磁流变胶的主要特性及表征方法 157
3.2.1 拉曼光谱及基本组分分析 157
3.2.2 磁化性能 157
3.2.3 微观结构 158
3.3 磁流变胶的动态力学特性研究 159
3.3.1 磁流变胶的储能模量和磁流变效应 159
3.3.2 磁流变胶的阻尼特性研究 160
3.3.3 磁流变胶中磁性颗粒的运动分析 167
3.4 二态磁流变胶流变性能的研究 169
3.4.1 掺杂镀镍碳纳米管对磁流变胶流变性能的影响 170
3.4.2 掺杂树枝状羰基铁粉对磁流变胶流变性能的影响 176
3.4.3 掺杂树枝状钴颗粒对磁流变胶流变性能的影响 184
3.5 高黏度的磁流变胶——磁流变塑性体 191
3.5.1 聚二甲基硅氧烷基磁流变塑性体 192
3.5.2 聚己内酯/热塑性聚氨酯混合基磁流变塑性体 194
参考文献 203
第4章 基于磁流变弹性体材料的执行器件 207
4.1 磁流变弹性体隔振器 207
4.1.1 磁流变弹性体隔振器概述 207
4.1.2 磁流变弹性体隔振器结构设计与优化 213
4.1.3 磁流变弹性体隔振器动力学特性分析 224
4.1.4 磁流变弹性体隔振器动力学建模 233
4.1.5 MRE隔振器响应时间特性 256
4.2 磁流变弹性体吸振器 266
4.2.1 磁流变弹性体吸振器工作原理和分类 267
4.2.2 吸振系统模型参数变化对吸振特性的影响 270
4.2.3 磁流变弹性体吸振器的结构设计 273
4.2.4 磁流变弹性体吸振器的传递率特性测试与分析 277
4.2.5 磁流变弹性体吸振器的模型辨识 279
参考文献 281
第5章 基于磁流变弹性体智能结构的控制及工程应用 286
5.1 面向精密加工平台的磁流变弹性体隔振系统模糊控制 286
5.1.1 磁流变弹性体隔振系统动力学建模 289
5.1.2 磁流变弹性体隔振系统半主动控制条件 293
5.1.3 模糊控制理论 294
5.1.4 正弦振动下系统模糊控制器设计与实验验证 302
5.1.5 时变振动下基于模型参考的自适应模糊控制 311
5.1.6 时变振动下基于优化方法的自适应模糊控制 321
5.1.7 多频线谱振动下的分频模糊控制 327
5.1.8 精密加工隔振平台控制系统时滞分析及补偿 332
5.2 面向建筑结构应用的磁流变弹性体隔振很优控制 344
5.2.1 基于磁流变弹性体隔振支座的建筑结构系统组成 346
5.2.2 智能隔振系统动力学建模 347
5.2.3 LQR控制策略设计 351
5.2.4 基于神经网络方法的隔振器逆向建模 353
5.2.5 控制系统仿真及结果分析 356
5.2.6 控制系统实验及结果分析 359
参考文献 361