ИСТИНА

Магнитоактивные эластомеры (МАЭ) – это полимерные композитные материалы, состоящие из вязкоупругой полимерной матрицы и диспергированных в ней частиц ферромагнетика. При помещении МАЭ во внешнее магнитное поле происходит намагничивание и ориентация частиц наполнителя с возможностью их движения в полимерной среде при наличии достаточно сильных полей. Соответствующее изменение внутренней структуры композита позволяет говорить об управлении механическими, магнитными и диэлектрическими свойствами материала при помощи внешнего магнитного поля. Среди магнитомягких наполнителей МАЭ наиболее распространённым является карбонильное железо, а среди магнитожёстких – сплав NdFeB. В качестве полимерной среды наиболее перспективным представляется использование силиконовых матриц благодаря их биосовместимости и гибкости их свойств. Прямое теоретическое описание отклика МАЭ на магнитное поле и/или механическую нагрузку предполагает рассмотрение магнитомеханической системы большого числа ферромагнитных частиц с магнитным взаимодействием, а также взаимодействием, распространяющимся через полимерную среду. Расчёт поведения такой системы в трёхмерном пространстве представляет собой крайне ресурсоёмкую задачу. В данной работе для решения этой проблемы предлагается одночастичное приближение, в котором материал разбивается на непересекающиеся ячейки, каждая из которых содержит одну частицу наполнителя. На основе поведения отдельных ячеек возможно определить характеристики статистической системы одночастичных ячеек, аппроксимирующие характеристики реального материала. В работе рассматриваются объекты различных форм и размеров, помещённые в ячейку нелинейной упругой среды. Эти объекты могут соответствовать отдельным частицам наполнителя или же плотным кластерам частиц, образованным под действием магнитного поля. Частица/кластер приводится в движение внешними силами, при этом в зависимости от граничных условий также может возникать деформация самой ячейки. Основной метод моделирования – метод конечных элементов. Изучаются зависимости механической энергии ячейки, а также распределений напряжения и деформации в объёме ячейки от смещения частицы, геометрических параметров частиц наполнителя, их начального положения и концентрации наполнителя в материале. Внимание уделяется влиянию анизотропии формы частицы на поведение ячейки для случаев эллипсоидальных и цилиндрических частиц. Для симуляции различных распределений частиц наполнителя в материале рассматриваются различные граничные условия для ячейки. Полученные результаты могут быть использованы для описания отклика МАЭ на внешнюю нагрузку и магнитные поля при низких концентрациях ферромагнитного наполнителя.