Эффективные упругие характеристики мягких магнитных эластомеров: описание на основе мезоскопических моделей

Уникальные свойства мягких магнитных эластомеров (ММЭ) основываются на взаимодействии между его компонентами - мягкой полимерной матрицей и твёрдыми намагничивающимися частицами железа. Пространственное распределение частиц и его изменение в магнитном поле определяет демонстрируемые композитом поведение и свойства. Цель исследования - определение эффективных упругих характеристик ММЭ с помощью простой процедуры гомогенизации на основе моделирования взаимодействия пары магнитомягких частиц в эластомерной матрице с точным решением задачи о магнитном взаимодействии частиц. Исследованы упругие характеристики мезоскопического элемента при приложении магнитного поля и механической нагрузки. Показано, что жёсткость элемента значительно возрастает при сближении частиц до плотного контакта. С помощью простой процедуры гомогенизации определена жёсткость макроскопического образца ММЭ, представляемого как совокупность мезоскопических элементов. Её зависимость от магнитного поля качественно совпадает с данными представленных в литературе экспериментов. Моделировалось поведение пары намагничивающихся частиц внутри цилиндрического образца вязкоупругого эластомера, нагруженного постоянным усилием на торцах, в переменном магнитном поле, и образца, находящегося в постоянном поле под действием изменяющейся механической нагрузки. Показано, что вязкое трение затрудняет движение частиц при динамическом изменении внешних воздействий и может препятствовать сближению частиц.