Структурно-механическая модель упруго-пластического поведения мягких магнитных эластомеров

Авторы

  • Петр Викторович Меленев Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Владимир Николаевич Ковров Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Юрий Львович Райхер Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Виктор Владимирович Русаков Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Геннадий Владимирович Степанов Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений
  • Лариса Сергеевна Полыгалова Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Елена Юльевна Крамаренко Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.40

Ключевые слова:

магнитоактивные эластомеры, магнитореологические полимеры, магнитоиндуцированная пластичность, упруго-пластичность, реологическое поведение, магнитная память формы

Аннотация

Обсуждается эффект индуцированной пластичности (магнитной памяти формы), присущий полимерным композитам, наполненным многодоменными микрочастицами ферромагнетика. Такой мягкий магнитный эластомер (ММЭ) намагничивается, а частицы приобретают магнитные моменты только при наложении внешнего поля. «Включение» магнитного взаимодействия частиц существенно изменяет структуру ММЭ, поскольку межчастичные магнитные силы намного превосходят высокоэластические силы, связывающие частицы с полимерной матрицей. В материале образуется система кластеров, которая создаёт внутренний механизм сухого трения и тем самым сообщает композиту макроскопическую пластичность. Индуцированное структурирование, а с ним и пластичность исчезают после выключения внешнего поля. В этих условиях упругие силы не испытывают сопротивления и возвращают частицы в положения, которые они занимали до намагничивания: образец из ММЭ «вспоминает» свою начальную форму. Для моделирования упруго-пластического поведения намагниченного ММЭ предложена структурно-механическая модель, которая содержит упругие элементы и узлы, имитирующие сухое трение (элементы Сен-Венана). Модель обоснована с помощью качественного анализа, а затем применена для объяснения ряда экспериментов по циклическому растяжению/релаксации образцов из ММЭ в различных полях. Из сопоставления данных измерений получены оценки параметров структурно-механической модели и показано, что она удовлетворительно справляется с описанием механического отклика намагниченных ММЭ.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Zrínyi M., Barsi L., Büki A. Deformation of ferrogels induced by nonuniform magnetic fields // J. Chem. Phys. - 1996. - Vol. 104, no. 21. - P. 8750-8756. DOI
2. Zrínyi M., Barsi L., Büki A. Ferrogel: a new magneto-controlled elastic medium // Polym. Gels Netw. - 1997. - Vol. 5, no. 5. - P. 415-427. DOI
3. Никитин Л.В., Миронова Л.С., Степанов Г.В., Самусь А.Н. Влияние магнитного поля на упругие и вязкие свойства магнитоэластиков // Высокомолекулярные соединения. - 2001. - Т. 43, № 4. - С. 698-706.
4. Ginder J.M., Clark S.M., Schlotter W.F., Nichols M.E. Magnetostrictive phenomena in magnetorheological elastomers // Int. J. Mod. Phys. B. - 2002. - Vol. 16, no. 17-18. - P. 2412-2418. DOI
5. Bellan C., Bossis G. Field dependence of viscoelastic properties of MR elastomers // Int. J. Mod. Phys. B. - 2002. - Vol. 16, No. 17-18. - P. 2447-2453. DOI
6. Никитин Л.В., Миронова Л.С., Корнев К.Г., Степанов Г.В. Упругие, магнитные, структурные и магнитодеформационные свойства магнитоэластиков // Высокомолекулярные соединения. - 2004. - Т. 46, № 3. - С. 498-909.
7. Zhou G.Y., Li J.R. Dynamic behavior of a magnetorheological elastomer under uniaxial deformation: I. Experiment // Smart Mater. Struct. - 2003. - Vol. 12, no. 6. - P. 859-872. DOI
8. Shen Y., Golnaraghi M.F., Heppler G.R. Experimental research and modeling of magnetorheological elastomers // J. Intel. Mat. Syst. Str. - 2004. - Vol. 15, no. 1. - P. 27-35. DOI
9. Farshad M., Benine A. Magnetoactive elastomer composites // Polym. Testing. - 2004. - Vol. 23, no. 3. - P. 347-353. DOI
10. Farshad M., Le Roux M. Compression properties of magnetostrictive polymer composite gels // Polym. Testing. - 2005. - Vol. 24, no. 2. - P. 163-168. DOI
11. Jha R.K., Jha P.K., Guha S.K. Smart RISUG: A potential new contraceptive and its magnetic field-mediated sperm interaction // Int. J. Nanomed. - 2009. - Vol. 4. - P. 55-64. DOI
12. Mayer M., Rabindranath R., Börner J., Hörner E., Bentz A., Salgado J., Han H., Böse H., Probst J., Shamonin M., Monkman G.J., Schlunck G. Ultra-soft PDMS-based magnetoactive elastomers as dynamic cell culture substrata // PLOS ONE (Public Library of Science). - 2011. - Vol. 8, no. 10. - e76196. DOI
13. Abramchuk S., Kramarenko E., Stepanov G., Nikitin L.V., Filipcsei G., Khokhlov A.R., Zrínyi M. Novel highly elastic magnetic materials for dampers and seals: Part I. Preparation and characterization of the elastic materials // Polym. Advan. Technol. - 2007. - Vol. 18, no. 11. - P. 883-890. DOI
14. Abramchuk S., Kramarenko E., Grishin D., Stepanov G., Nikitin L. V., Filipcsei G., Khokhlov A.R., Zrínyi M. Novel highly elastic magnetic materials for dampers and seals: part II. Material behavior in a magnetic field // Polym. Advan. Technol. - 2007. - Vol. 18, no. 7. - P. 513-518. DOI
15. Nikitin L.V., Stepanov G.V., Mironova L.S., Gorbunov A.I. Magnetodeformational effect and effect of shape memory in magnetoelastics // J. Magn. Magn. Mater. - 2004. - Vol. 272-276, Part 3. - P. 2072-2073. DOI
16. Melenev P.V., Raikher Yu.L., Rusakov V.V., Stepanov G.V. Field-induced plasticity of soft magnetic elastomers // J. Phys.: Conf. Ser. - 2009. - Vol. 149, no. 1. - 012094. DOI
17. Биллер А.М., Столбов О.В., Райхер Ю.Л. Силовое взаимодействие намагничивающихся частиц, помещённых в эластомер // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2014. - Т. 7, № 1. - С. 61-72. DOI
18. Biller A.M., Stolbov O.V., Raikher Yu.L. Modeling of particle interactions in magnetorheological elastomers // J. Appl. Phys. - 2014. - Vol. 116, no. 11. - 114904. DOI
19. Zhu X., Jing X., Cheng L. Magnetorheological fluid dampers: A review on structure design and analysis // J. Intel. Mat. Syst. Str. - 2012. - Vol. 23, no. 8. - P. 839-874. DOI
20. Stepanov G.V., Borin D.Yu., Raikher Yu.L., Melenev P.V., Perov N.S. Motion of ferroparticles inside the polymeric matrix in magnetoactive elastomers // J. Phys.: Condens. Matter. - 2008. - Vol. 20, no. 20. - 204121. DOI
21. Xu Y., Gong X., Xuan S., Li X., Quin L., Jiang W. Creep and recovery behaviors of magnetorheological plastomer and its magnetic-dependent properties // Soft Matter. - 2012. - Vol. 8, no. 32. - P. 8483-8492. DOI

Загрузки

Опубликован

2014-12-30

Выпуск

Том 7 № 4 (2014)

Раздел

Статьи

Лицензия

Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Меленев, П. В., Ковров, В. Н., Райхер, Ю. Л., Русаков, В. В., Степанов, Г. В., Полыгалова, Л. С., & Крамаренко, Е. Ю. (2014). Структурно-механическая модель упруго-пластического поведения мягких магнитных эластомеров. Вычислительная механика сплошных сред, 7(4), 423-433. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.40