Analysis of magnetic field effect on ferromagnetic spheres embedded in elastomer pattern

• Autorzy: Boczkowska A. , Czechowski L. , Jaroniek M. , Niezgoda T.

Warianty tytułu

PL

Badanie wpływu pola magnetycznego na ferromagnetyczne kule w osnowie elastomerowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of modelling of the magnetorheological elastomers (MREs) microstructure using Finite Elements Method (FEM) are shown. MREs are solids analogous to magnetorheological fluids consisting of carbonyl-iron particles and a soft elastomer matrix. Fabrication of MREs is performed in an external constant magnetic field. Due to the presence of this field, the ferromagnetic particles tend to arrange themselves into elongated chains according to the magnetic field lines. FEM analysis of the MREs microstructure takes into account two cases: magnetic power and elastic vectors as well as their interactions between the components of the composite. The paper describes spatial ordering of the particles based on their interactions with the magnetic field. Two phenomena were taken into account: the force of a magnetic field and the local magnetic dipoles. Both fields have been modelled for a circular conductor with electrical current.

PL

W pracy przedstawiono wyniki modelowania mikrostruktury magnetoreologicznych elastomerów (MRE) z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES). MRE są odpowiednikami w stanie stałym cieczy magnetoreologicznych, złożonymi z cząstek żelaza karbonylkowego i miękkiej osnowy elastomerowej.Wytwarzanie MRE prowadzone jest w stałym polu magnetycznym. Pod wpływem pola cząstki ferromagnetyczne układają się w łańcuchy wzdłuż linii pola magnetycznego, tworząc strukturę kolumnową. W analizie MES mikrostruktury MRE rozpatrzono siły magnetyczne i sprężystości oraz ich wzajemne oddziaływania pomiędzy składnikami kompozytu. Przedstawiono przestrzenne rozmieszczenie cząstek w oparciu o ich oddziaływania w polu magnetycznym. W rozważaniach wzięto pod uwagę rozkład pola magnetycznego i momenty dipolowe cząstek. W obu przypadkach pole było zamodelowane dla kołowego przewodnika prądu elektrycznego.

Słowa kluczowe

EN

magnetorheological elastomers; finite element method; photoelastic method

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 48 nr 3
• Strony: 659--676
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boczkowska A.

autor

Czechowski L.

autor

Jaroniek M.

autor

Niezgoda T.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. Banks H.T., Pinter G.A., Potter L.K., Gaitens M.J., Yanyo L.C., 1999, Modeling of nonlinear hysteresis in elastomer under uniaxial tension, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 10
• 2. Bocera L., Bruno O., 2001, On the magneto-elastic properties of elastomer - ferromagnet composites, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49, 2877-2919
• 3. Broeh S.P., Zhou H., Peters M.J., 1996, Computation of neuromagnetic fields using finite-element method and Biot-Savart law, Medical and Biological Engineering and Computing, 34
• 4. Connoly P., McHugh P.E., 1999, Fracture modeling of WC-Co hardmetals using crystal plasticity theory and the Gurson model, Fatique and Fracture of Engineering Materials and Structures, 22
• 5. Dorfmann A., Brigadnov I.A., 2003, Mathematical modeling of magnetosensitive elastomers, International Journal of Solids and Structures, 409, 4659-4674
• 6. Dorfmann A., Brigadnov I.A., 2004, Constitutive modeling of magnetosensitive Cauchy-elastic solids, Computational Materials Science, 29, 270-282
• 7. Dorfmann A., Ogden R.W., 2003, Magnetoelastic modeling of elastomers, European Journal of Mechanics A/Solids, 22, 497-507
• 8. Dorfmann A., Ogden R.W., Saccomandi G., 2004, Universal relations for non-linear magnetoelastic solids, International Journal of Non-Linear Mechanics, 39, 1699-1708
• 9. Farshad M., Benine A., 2004, Magnetoactive elastomer composites, Polymer Testing, 23, 347-353
• 10. Jolly M.R., Carlson J.D., Munoz B.C, Bullions T.A., 1996, The magnetoviscoelastic response of elastomer composite consisting of ferrous particles embedded in a polymer matrix, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 7, 613-622
• 11. Kankanala S.V., Triantafyllidis N., 2004, On finitely strained magnetorheological elastomers, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 52, 2869-2908
• 12. Kleiber M., 1985, The Finite Element Method in Nonlinear Mechanics Continuum, PWN, Warsaw [in Polish]
• 13. Lokander M., Reitberger T., Stenberg B., 2004, Oxidation of natural rubber-based magnetorheological elastomers, Polymer Edgradation and Stability, 86, 467-471
• 14. Lokander M., Stenberg B., 2003a, Improving the magnetorheological effect in isotropic magnetorheological rubber materials, Polymer Testing, 22, 677-680
• 15. Lokander M., Stenberg B., 2003b, Performance of isotropic magnetorheological rubber materials, Polymer Testing, 22, 245-251
• 16. Matsui H., Okuda H., 1998, Treatment of the magnetic field for geodynamo simulations using the finite element method, Earth, Planets and Space, Tokyo Analysis of magnetic field effect on ferromagnetic... 675
• 17. Tomczyk B., Koteras D., 2008, Influence of air gap between coils on the magnetic field and the transformer with amorphous modular core, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Poliechniki Wrocławskiej, 62, 92-97, Wrocław
• 18. Turner M.J., Clough R.W., Martin H.C., Topp L.J., 1956, Stifness and deflection analysis of complex structures, J. Aero. Sci., 23, 805
• 19. de Vicente J., Bossis G., Lacis S., Guyot M., 2002, Permability measurements in cobalt ferrite and carbonyl iron powders and suspensions, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 251, 100-108
• 20. Wang D., Chen J.-S., Sun L., 2003, Homogenization of magnetostrictive particle-filled elastomers using an interface-enriched reproducing kernel particie method, Finite Elements in Analysis and Design, 39, 765-782
• 21. Woźniak C., 1993, Nonlinear macro-elastodynamics of microperiodic composites, Bull. Ac. Pol. Sci.: Tech. Sci., 41, 315-321
• 22. Woźniak C., 1995, Microdynamics: continuum. Modelling the simple composite materials, J. Theor. Appl. Meeh., 33, 267-289
• 23. Yin H.M., Sun L.Z., Chen J.S., 2002, Micromechanics-based hyperelastic constitutive modeling of magnetostrictive particle-filled elastomers, Mechanics of Materials, 34, 505-516
• 24. Zhou G.Y., 2003, Shear properties of magnetorheological elastomer, Smart Materials and Structures, 12, 139-146
• 25. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., 1994, The Finite Element Method, 4th Ed., McGraw-Hill, London