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剪切增稠液及其吸能减振作用研究进展

沈阳建筑大学学报(自然科学版) 2023年第5期39卷 769-780页

作者：孙丽王耕张春巍沙鑫沈阳建筑大学土木工程学院沈阳工业大学建筑与土木工程学院华能国际电力股份有限公司营口电厂

目的研究剪切增稠液(Shear Thickening Fluid, STF)及其吸能减振方面的应用，为实现更好的结构振动控制效果提供参考。方法通过文献调查法和文献研究法，系统综述了剪切增稠液及其在吸能减振方面的应用，并重点介绍了在STF制备开发中... 详细信息

目的研究剪切增稠液(Shear Thickening Fluid, STF)及其吸能减振方面的应用，为实现更好的结构振动控制效果提供参考。方法通过文献调查法和文献研究法，系统综述了剪切增稠液及其在吸能减振方面的应用，并重点介绍了在STF制备开发中实现复合功能所面临的挑战，如STF增稠机理需要完善、STF功能开发范围较为单一、STF振动控制应用有待拓展等。结果剪切增稠液作为一种新兴的高阻尼智能材料，在材料制备、性能调控、成因机理和应用开发等方面取得了丰硕的研究成果；将剪切增稠液替代传统黏滞阻尼器的阻尼介质，可以显著提高黏滞阻尼器的耗能减振能力，也可用于隔震系统中以缓解隔震层的变形，从而有效保障结构抗震的安全性。结论为进一步拓展STF的实用性，建议研究热点应更多关注功能化STF组分的引入以及与其他智能材料的复合应用，开发出具有复合功能的STF,便于更好地应用于实际项目或在结构构件中发挥其作用。

关键词：结构振动控制黏滞阻尼器剪切增稠液流变性能复合材料

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剪切增稠液在阻尼减振技术中的应用研究

材料导报 2021年第17期35卷 17218-17224页

作者：王萍俞科静钱坤李永胜王纬波江南大学生态纺织教育部重点实验室无锡214122 中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室无锡214082

阻尼减振技术是振动噪声最有效的控制手段,既有被动控制的简单性又有主动控制的可调控性的半主动控制方法是该领域的研究热点,利用剪切增稠液剪切增稠过程中的能量耗散及刚度变化并将其应用于阻尼减振中,使复合结构有响应速度快、不需... 详细信息

阻尼减振技术是振动噪声最有效的控制手段,既有被动控制的简单性又有主动控制的可调控性的半主动控制方法是该领域的研究热点,利用剪切增稠液剪切增稠过程中的能量耗散及刚度变化并将其应用于阻尼减振中,使复合结构有响应速度快、不需消耗外界能量、自适应性强的优点。本文主要介绍了剪切增稠液的基本性能、剪切增稠液阻尼器、剪切增稠液夹层梁,对它们的研究进展和阻尼机理进行了阐述,并展望了其减振应用的发展。

关键词：剪切增稠液阻尼减振技术剪切增稠液阻尼器剪切增稠液夹层梁

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剪切增稠液及其在抗冲击缓冲方面研究进展

振动与冲击 2019年第17期38卷 128-136,171页

作者：陆振乾许玥孙宝忠盐城工学院纺织服装学院江苏盐城224051 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 东华大学纺织学院上海201620

剪切增稠液作为一种非牛顿流体,其独特的“流-固”转化流变性能引起了科学界广泛关注。近年来,将其应用到抗冲击缓冲领域更是成为了研究热点。但是,剪切增稠的机理和流变性能的控制仍有待于进一步探索。剪切增稠装备的工业化生产与相关... 详细信息

剪切增稠液作为一种非牛顿流体,其独特的“流-固”转化流变性能引起了科学界广泛关注。近年来,将其应用到抗冲击缓冲领域更是成为了研究热点。但是,剪切增稠的机理和流变性能的控制仍有待于进一步探索。剪切增稠装备的工业化生产与相关器件的有效开发成为当前研究难点和挑战。重点对剪切增稠机理和性能进行综述分析,并综述了目前应用到防护、缓冲领域的最新研究进展,为开发新型抗冲击缓冲材料提供启示。

关键词：剪切增稠液增稠机理抗冲击缓冲材料

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剪切增稠液微胶囊的制备与性能研究

中国塑料 2024年第1期38卷 35-41页

作者：俞波赵炳乾倪叶舟钱坤俞科静陈坤林江南大学生态纺织教育部重点实验室江苏无锡214122

本研究以壳聚糖材料为壁材,剪切增稠液(STF)为芯材,通过单凝聚法制备了STF微胶囊(STF MCs)。通过单因素实验研究,确定了微胶囊的制备工艺参数:司盘80(Span 80)与吐温80(Tween 80)作为分散剂,复配比例为3∶1;乳化剂用量为11%,核壳比为2... 详细信息

本研究以壳聚糖材料为壁材,剪切增稠液(STF)为芯材,通过单凝聚法制备了STF微胶囊(STF MCs)。通过单因素实验研究,确定了微胶囊的制备工艺参数:司盘80(Span 80)与吐温80(Tween 80)作为分散剂,复配比例为3∶1;乳化剂用量为11%,核壳比为2∶1,搅拌速度为600 r/min,反应温度为60℃;体系的油水比为1∶2。在此条件下制得的STF MCs呈较为规整的球形,粒径分布较为均匀,且主要集中在3μm左右。结果表明,碳纳米管的引入有效改善了STF的流变性能。掺杂CNTs的STF体系具有更小临界剪切速率,更快的黏度突变,并且峰值黏度增加近一倍;芯材和微胶囊乳液的红外光谱大部分都一致,表明壳聚糖成功吸附在芯材液滴表面,实现了对STF的包封。壁材对芯材STF起到了保护作用,提升了芯材STF的热稳定性。

关键词：剪切增稠液微胶囊单凝聚法单因素筛选防护性能

剪切增稠液浸渍超高分子量聚乙烯织物的防锥刺性能

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纺织学报 2018年第10期39卷 58-62,67页

作者：陆振乾许玥盐城工学院江苏省生态建材与环保装备协同创新中心江苏盐城224051 盐城工学院江苏省新型环保重点实验室江苏盐城224051 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

为提升超高分子量聚乙烯织物的防锥刺性能,采用剪切增稠液对织物进行浸渍复合,制备了柔性液体防护材料。采用落锤实验测试了不同密度的超高分子量聚乙烯织物及与剪切增稠液复合后织物的防锥刺性能,研究了不同质量分数剪切增稠液的流变... 详细信息

为提升超高分子量聚乙烯织物的防锥刺性能,采用剪切增稠液对织物进行浸渍复合,制备了柔性液体防护材料。采用落锤实验测试了不同密度的超高分子量聚乙烯织物及与剪切增稠液复合后织物的防锥刺性能,研究了不同质量分数剪切增稠液的流变性能和浸渍后织物的纱线抽拔性能,并分析了织物复合后的增强机制。实验结果表明:剪切增稠液的增稠效果随着分散相质量分数的增加而增强,剪切增稠液浸渍后织物的纱线抽拔力提高了3.1倍,经剪切增稠液浸渍的织物具有更好的防锥刺效果。剪切增稠液显著提高了纱线的摩擦力,并限制纱线滑移,从而具有更好的防锥刺效果。

关键词：超高分子量聚乙烯织物剪切增稠液防锥刺性能防护机制

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剪切增稠液的制备及其在涤纶织物中的应用

丝绸 2018年第5期55卷 38-43页

作者：范佳慧徐山青曹海建陈红霞黄晓梅南通大学纺织服装学院江苏南通226019 南通大学分析测试中心江苏南通226019

文章以直径为12 nm的SiO_2粒子作为分散相,PEG 200作为分散介质,通过机械搅拌和超声振荡的方法分别制备出20%、22%、24%、26%、28%五种质量分数的剪切增稠液(STF)体系。并对纳米SiO_2粒子的外观形貌及团聚情况、STF的稳态流变性能进行... 详细信息

文章以直径为12 nm的SiO_2粒子作为分散相,PEG 200作为分散介质,通过机械搅拌和超声振荡的方法分别制备出20%、22%、24%、26%、28%五种质量分数的剪切增稠液(STF)体系。并对纳米SiO_2粒子的外观形貌及团聚情况、STF的稳态流变性能进行了测试,并将STF与涤纶织物复合进行防刺实验。结果表明,纳米SiO_2粒子的团聚现象明显,部分团聚体呈现网状结构;STF的黏度随着剪切速率的增加呈现先变稀、再增稠的现象,表现为非牛顿流体特性;STF的临界黏度随着纳米SiO_2粒子浓度的增加而增加;STF有利于提高涤纶织物的防刺性能。

关键词：剪切增稠液纳米SiO 2粒子临界黏度涤棉织物应用

剪切增稠液复合三维织物抗高速冲击性能的研究

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功能材料 2015年第11期46卷 11056-11059页

作者：王天坤俞科静钱坤曹海建江南大学纺织服装学院江苏无锡214122

制备剪切增稠液,通过透射电镜图观察分散相粒子在STF系中的形貌结构和分散状况,利用稳态流变测试来分析STF的流变性能和剪切增稠机理。将STF与UHMWPE三维织物在一定工艺条件下复合,得到STF复合三维织物,分析纯UD布靶样、UD布结合三维织... 详细信息

制备剪切增稠液,通过透射电镜图观察分散相粒子在STF系中的形貌结构和分散状况,利用稳态流变测试来分析STF的流变性能和剪切增稠机理。将STF与UHMWPE三维织物在一定工艺条件下复合,得到STF复合三维织物,分析纯UD布靶样、UD布结合三维织物靶样、UD布结合STF复合三维织物靶样的高速冲击性能。实验结果表明,STF能够有效地增强三维织物的高速冲击性能。

关键词：剪切增稠液流变性能 STF复合三维织物高速冲击

剪切增稠液阻尼间隔棒优化设计与动态性能研究

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剪切增稠液阻尼间隔棒优化设计与动态性能研究

作者：孟沛琳重庆科技学院

学位级别：硕士

由于架空输电线路高度高、跨距大、柔性强等特点使得输电线路对外部风荷载作用极其敏感,容易发生疲劳损伤、导线断股、断线以及倒塔破坏等事故,威胁到输电线路的安全稳定运行。剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid,STF)是一种无需外部... 详细信息

由于架空输电线路高度高、跨距大、柔性强等特点使得输电线路对外部风荷载作用极其敏感,容易发生疲劳损伤、导线断股、断线以及倒塔破坏等事故,威胁到输电线路的安全稳定运行。剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid,STF)是一种无需外部能量即可根据外部激励快速、可逆的变化其自身粘度的高浓度粒子悬浮液,具有出色的耗能特性,在能量吸收、避免冲击振动等工程领域被广泛应用。因此,为了降低风振对输电线路的危害,本文基于STF材料特性,提出一种双出杆间隙式STF阻尼间隔棒,运用理论分析、性能试验以及数值模拟仿真的方法,对其动态性能展开研究。首先,利用二氧化硅与氧化铝粒子作为分散相,聚乙二醇溶液作为分散介质制备了不同的高浓度粒子悬浮液并测试不同STF体系的流变特性,分析不同组分与不同浓度对其流变性能的影响,并通过STF流变试验数据,建立STF材料的粘度本构模型,运用非线性回归中Levenberg-Marquardt算法理论实现模型未知参数的特定值拟合。结果表明,不同组分的STF体系中分散介质复配比例为PEG200:PEG400=1:2的STF-25-1:2为较为理想材料,且粘度本构模型在拟合不同材料配比与不同浓度的STF体系的情况下具有较高的适用性,体现出良好的数值模拟能力。其次,基于STF独特的流变特性,采用双出杆结构,设计出一种双出杆间隙式STF阻尼间隔棒,考虑平行板定理建立STF阻尼间隔棒的非线性流体力学理论模型,以理论模型为指导确定阻尼间隔棒的结构参数并制作阻尼间隔棒样机。通过电动伺服性能试验机对制作完成的STF阻尼间隔棒进行周期式拉压实验,得到阻尼间隔棒力与位移滞回曲线,研究不同STF阻尼间隔棒在外部激励荷载条件下的动力学行为。结果表明,STF材料流变特性对阻尼间隔棒力学性能产生较大影响,分散介质复配比例为1:2的Spacer-2-25%表现出显著的非线性粘弹性行为,最大输出阻尼力达到约251N。结果同样表明,双出杆间隙式STF阻尼间隔棒具有良好的自适应能力,输出阻尼力随着激励频率与振幅的改变发生明显变化,即使在外部激励条件较小的情况下,STF阻尼间隔棒也能较大范围的实现输出阻尼力,具有良好的能量耗散特性。通过对比力学试验结果与理论计算结果,验证了STF阻尼间隔棒非线性流体力学理论模型的合理性。最后,通过COMSOL流固耦合模块建立了双出杆间隙式STF阻尼间隔棒的内部流场仿真模型,研究阻尼间隔棒内部流体的变化和阻尼间隔棒输出阻尼力与STF材料流变性能参数的耦合关系。结果表明,双出杆间隙式STF阻尼间隔棒的阻尼力和耗能能力与激励振幅和激励频率呈正比关系。同时将试验结果、仿真结果与理论结果相对比,发现结果误差值在可接受范围内,这验证了数值仿真模拟的可靠性。本文研究成果可以为新型STF阻尼间隔棒的设计提供指导,基于STF材料的阻尼间隔棒为从根本上抑制架空输电线路的各类风振提供可能。此外,本课题研究的方法和思路也会对其他结构工程中的振动自适应控制研究提供借鉴。

关键词：剪切增稠液非线性流体力学 STF间隔棒滞回曲线

剪切增稠液增强高发泡率废纸缓冲材料的制备及性能

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材料导报 2024年第1期38卷 278-287页

作者：张斌陶文轩裴爽任子铭潘政苟进胜北京林业大学材料科学与技术学院木材科学与工程北京市重点实验室北京100083 中国林业科学院林产化学工业研究所南京210042

随着经济的快速增长和人们环保意识的不断增强,植物纤维类环保型发泡缓冲材料逐渐成为研究热点。为改善植物纤维发泡材料发泡率低、缓冲吸能效果差等问题,本研究设计半密闭型发泡模具,成功制备了具有高发泡率和优异吸能性的废纸缓冲材... 详细信息

随着经济的快速增长和人们环保意识的不断增强,植物纤维类环保型发泡缓冲材料逐渐成为研究热点。为改善植物纤维发泡材料发泡率低、缓冲吸能效果差等问题,本研究设计半密闭型发泡模具,成功制备了具有高发泡率和优异吸能性的废纸缓冲材料并对制备工艺进行了优化。结果表明:使用质量分数为0.5%的氢氧化钠溶液预处理废纸浆,不仅可以有效去除废纸中的杂质,而且能在不降低纤维长度的情况下对废纸纤维进行适当改性,有利于提高废纸缓冲材料的发泡率和整体性能。以正交优化试验研究原料配比对废纸缓冲材料性能的影响,并据此确定了最优配方。通过设计全新半密闭型发泡模具,成功制备高发泡率的废纸缓冲材料,其膨胀率相较传统制备方式提高了3~4倍。本研究首次引入剪切增稠液(STF)增强废纸纤维,考察了STF含量对废纸缓冲材料力学性能、发泡倍率和回弹性能的影响,分析了STF对废纸缓冲材料的增强机理。结果表明:STF能够提高单根废纸纤维的强度并增强纤维之间的连结,从而提升缓冲材料吸能性,且随着STF含量的增加,材料的吸能性逐渐增强,发泡率逐渐降低,当STF含量为10%(质量分数,下同)时,STF增强废纸缓冲材料的综合性能达到最优。

关键词：废纸纤维剪切增稠液缓冲包装材料高发泡率