![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Актуальность исследования связана с возможностью применения намагничивающихся эластомеров в различных устройствах, в которых можно использовать уникальные свойства этих материалов (зависимость их реологических свойств от магнитного поля, возможность деформации тел из намагничивающегося эластомера в магнитных полях и их взаимодействие с другими магнитными материалами). В настоящее время эти свойства изучены не в полной мере. Новизна данного Проекта заключается в проведении новых экспериментальных исследований свойств таких эластомеров, использовании новых моделей, которые учитывают анизотропию и остаточные деформации этих сред, а также в создании новых прототипов перекачивающих устройств и новых способов создания движения. Ожидаемые результаты: создание изотропных и анизотропных намагничивающихся эластомеров и исследование их реологических свойств; изучение влияния магнитных полей на эти свойства; создание прототипа насоса или дозатора на основе тел из намагничивающегося эластомера и магнитной жидкости, теоретическое описание его работы; экспериментальное и теоретическое исследование поведения и движения тела из намагничивающегося эластомера на тонком слое магнитной жидкости. Значимость Проекта заключается в том, что эти исследования позволят разработать новые и оптимизировать известные перекачивающие устройства (насосы, дозаторы, прерыватели), а также движители. Такие устройства не содержат твердых движущихся деталей, и их можно использовать в медицинских или биологических исследованиях.
The relevance of the investigation is related to the possibility of using magnetizable elastomers in various devices in which the unique properties of these materials can be used (the dependence of its rheological properties on the magnetic field, the possibility of deformation of the elastomer in magnetic fields, the interaction of bodies with the elastomer with other magnetic materials). At present, these properties are not fully understood. The novelty of this Project is to make new experimental researches of such elastomers properties, to use new models which take into account the anisotropy and residual deformations of such media, as well as to create new prototypes of pumping devices and new ways of creating a motion. Expected results: creation of isotropic and anisotropic magnetizable elastomers and investigation of its rheological properties; the study of the influence of magnetic fields on these properties; creation of a prototype pump or dispenser based on magnetic fluids and bodies with magnetizable elastomers, a theoretical description of its operation; experimental and theoretical investigation of the behavior and motion of a body with a magnetizable elastomer on a thin layer of a magnetic fluid. The significance of the Project lies in the fact that these researches will allow the development of new devices and the optimization of known pumping devices (pumps, dispensers, interrupters) and actuators. Such devices do not contain solid moving components, and it can be used in medical or biological researches.
Планируется разработка технологии получения изотропных и анизотропных эластомеров с различной концентрацией компонентов: силикона, полиметилсилоксанового масла и ферромагнитных частиц различного сорта (железо, магнетит и др.), а также тел из намагничивающихся эластомеров различной формы. Будет предложена методика экспериментального исследования вязких и упругих свойств, а также остаточных деформаций в зависимости от величины приложенного магнитного поля, и проведены исследования различных образцов эластомеров. Ожидается получение зависимости констант модели и остаточных деформаций от величины поля и концентрации компонентов. Планируется построение математической модели, описывающей поведение анизотропного намагничивающегося эластомера в магнитном поле, и будет предложена методика экспериментального определения некоторых констант модели. Предполагается изготовление и теоретическое описание прототипов перекачивающих устройств и движителей, в которых использован принцип взаимодействия тел из намагничивающегося эластомера и магнитной жидкости в однородном магнитном поле.
К настоящему времени исследовано взаимодействие намагничивающихся эластомеров с различными магнитными полями. В работе (V.A. Naletova, D.A. Pelevina, D.I. Merkulov, I. Zeidis, K. Zimmermann. Magnetohydrodynamics. 2016, vol. 52, No. 3, pp. 287-298) теоретически рассмотрены деформации сферических тел из намагничивающегося эластомера в однородном магнитном поле, а также растяжение тонких тел из данного материала в неоднородном поле электромагнитных катушек. Предполагалось, что упругие деформации подчиняются модели Муни – Ривлина. Теоретически показана возможность существования двух устойчивых положений равновесия при неизменной конфигурации магнитного поля (бистабильность) и гистерезис деформации тела при циклическом квазистатическом изменении тока. Теоретически предсказана возможность существования более чем двух устойчивых равновесных форм тела, т.е. мультистабильность (D.I. Merkulov, V.A. Naletova, D.A. Pelevina, V.A. Turkov. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 431 (2017) 123-125). Положения равновесия исследованы на устойчивость, найден критерий неустойчивости относительно малых изменений длины тела. Проведен эксперимент по растяжению тонкого тела из намагничивающегося эластомера в неоднородном поле электромагнитной катушки. Результаты представлены в работе (Меркулов Д.И., Налетова В.А., Пелевина Д.А., Турков В.А., в сб.: Сборник научных трудов 17-й Международной Плесской конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям, 2016, с. 101-106). Обнаружена бистабильность деформации и гистерезис длины тела при циклическом увеличении и уменьшении тока. Теоретически исследованы (В.А. Налетова, В.А. Турков, Д.А. Пелевина, М.М. Кобзев, в сб.: Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики, 2015, с. 284-286) левитация и движение постоянного магнита в магнитной жидкости. Рассчитана высота левитации и скорость движения для магнитов различной формы. Проведены эксперименты по изучению движения постоянного магнита вдоль слоя магнитной жидкости.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Исследование свойств намагничивающихся эластомеров и возможности использования тел из этих материалов для создания движения в магнитных полях |
Результаты этапа: В рамках проекта разработана технология создания намагничивающихся эластомеров путем полимеризации (застывания) жидкого двухкомпонентного силикона с добавлением ферромагнитных частиц и силиконового масла. Изготовлены тела необходимой формы (сферические, цилиндрические и др.) из изотропного намагничивающегося эластомера, которые затем использовались при конструировании перекачивающих устройств и исследовались в экспериментах. Были экспериментально изучены реологические свойства намагничивающихся эластомеров: упругие свойства исследовались при растяжении, а вязкоупругие -- при кручении цилиндрических образцов в однородном магнитном поле. Получены зависимости параметров (коэффициентов упругости и вязкости) различных моделей упругого/вязкоупругого тела от величины магнитного поля. Создан прототип насоса (дозатора) на основе тел из намагничивающегося эластомера и магнитной жидкости. Экспериментально исследован подъем немагнитной жидкости и находящейся под ней более тяжелой магнитной жидкости, содержащей шар из намагничивающегося эластомера, в однородном магнитном поле. Показана возможность управления этой системой с помощью переменного магнитного поля. Сформулирована модель несжимаемой анизотропной намагничивающейся упругой среды в магнитном поле. Модель построена в предположении, что тензор магнитной проницаемости среды зависит от компонент вектора анизотропии и определяется двумя коэффициентами. Получена формула для магнитной силы, действующей на сферическое анизотропное тело в неоднородном магнитном поле. С использованием полученной формулы разработана методика определения констант модели, характеризующих магнитные свойства анизотропного эластомера. Экспериментально и теоретически исследовано положение сферического тела из намагничивающегося эластомера в небольшом объеме магнитной жидкости на горизонтальной плоскости в однородном вертикальном магнитном поле. Найдено аналитическое выражение для силы, действующей на шар из намагничивающегося эластомера, со стороны магнитной жидкости в безындукционном приближении. Построена зависимость высоты левитации шара от напряженности магнитного поля. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов. Обнаружено, что шар плавает в магнитной жидкости при значениях магнитного поля больших критического, которое совпадает с полученным в расчетах. | ||
2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Исследование свойств намагничивающихся эластомеров и возможности использования тел из этих материалов для создания движения в магнитных полях |
Результаты этапа: В рамках реализации второго этапа Проекта изготовлены анизотропные намагничивающиеся эластомеры путем полимеризации в однородном магнитном поле двухкомпонентного силикона с добавлением ферромагнитых частиц и силиконового масла. Созданы лабораторные установки для исследования реологических свойств данных материалов в магнитном поле. Экспериментально найдены коэффициенты упругости в модели Нео-Гука, а также коэффициенты вязкости и модули сдвига изотропных и анизотропных намагничивающихся эластомеров в зависимости от напряженности магнитного поля. Экспериментально исследованы магнитные свойства анизотропных намагничивающихся эластомеров согласно методике, предложенной в рамках первого года реализации Проекта. Предложена технология создания цилиндрических и сферических тел из анизотропного намагничивающегося эластомера. Проведено теоретическое описание работы насоса (дозатора) на основе взаимодействия тел из намагничивающегося эластомера и магнитной жидкости, прототип которого был изготовлен в рамках первого года реализации Проекта. Разработана компьютерная программа для нахождения формы поверхности магнитной жидкости в насосе (дозаторе) при различных значениях магнитного поля. Рассмотрено два случая: насос со сливным отверстием и без него. В первом случае найдена зависимость объема немагнитной жидкости, которая сливается (расход за один цикл), от напряженности магнитного поля, а во втором - теоретически исследована высота подъема жидкостей в центре сосуда в зависимости от величины магнитного поля. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов. Экспериментально исследовано движение намагничивающихся тел на тонком слое магнитной жидкости в однородном магнитном поле. Построены графики зависимости положения тела от времени для различных магнитных полей и параметров слоя. Найдена аналитическая формула для силы, действующей на намагничивающееся тело со стороны слоя магнитной жидкости. Выполнен расчет динамики намагничивающегося сферического тела под действием данной силы и силы вязкого трения. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".