Активные системы, основанные на магнитных композиционных материалах, применяемые для локомоции и манипуляцииНИР

Active systems based on magnetic composite materials used for locomotion and manipulation

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Активные системы, основанные на магнитных композиционных материалах, применяемые для локомоции и манипуляции
Результаты этапа: Задачи, поставленные в план 2016, решены и представлены в 13 печатных работах, из них 2 статьи в реферируемых журналах, также подготовлены и приняты в печать 2 статьи в реферируемых журналах. Результаты доложены на 6 российских и международных конференциях. 1. Создана установка для исследования деформации тонкого цилиндрического тела из намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле одной электромагнитной катушки. Тело подвешено на некотором расстоянии от катушки вдоль оси катушки. В установке ток в катушке может меняться по любому закону. В экспериментах регистрировалась длина образца при изменении тока с помощью фото- и киносъемки. Результаты фото и киносъемки обрабатывались на компьютере. Экспериментально обнаружено, что равновесное состояние такого тела из намагничивающегося эластомера, к которому тело приходит при изменении тока в катушке, существенно зависит от характера этого изменения. 2. Проведены эксперименты с несколькими образцами. Во всех экспериментах ток в катушках менялся квазистатически (ток изменяли на некоторую величину, а затем через достаточно большое время проводили измерения длины образца) от нуля до 12 А, затем уменьшали ток до нуля. Обнаружен гистерезис длины тела при циклическом увеличении и уменьшении тока. При изменении тока обнаружены скачкообразное изменение длины тела при некоторых значениях токов. Причем при увеличении тока скачок длины тела происходит при токе большем, чем в случае уменьшения тока. Это означает, что в некотором диапазоне токов при одном значении тока существуют два устойчивых равновесных состояния, сильно отличающиеся друг от друга, т.е. наблюдается бистабильность формы тела в магнитном поле. 3. Экспериментально силовым методом определены магнитные проницаемости эластомеров. Для этого образец сферической формы подвешивается в неоднородном магнитном поле электромагнитной катушке и с помощью динамометра измеряется магнитная сила, действующая на тело. Неоднородное магнитное поле измерялось датчиком Холла. Затем данные измерения поля апроксимируются и вычисляется градиент приложенного магнитного поля. Далее с использованием известной формулы для силы, действующей на сферическое тело, вычислялась магнитная проницаемость эластомера. 4. Экспериментально измерялась удлинение горизонтального тела при увеличении нагрузки. В случае горизонтального образца напряженное состояние можно считать однородным и результаты этих измерений можно обрабатывать известным образом и определять коэффициента упругости в модели Муни — Ривлина. Показано, что при формальной обработке эксперимента по растяжению вертикального образца можно получить неправильный результат, а именно, что эластомеры не описываются моделью Муни — Ривлина. Это связано с тем, что сила тяжести существенно деформирует образцы эластомера и создает неоднородную деформацию. Таким образом предложена методика измерения коэффициентов упругости, которая должна использоваться для материалов с низкими значениями коэффициентов упругости. 5. Предложена математическая модель для расчета деформации тонкого тела в неоднородном магнитном поле. Упругие свойства несжимаемого эластомера описываются моделью Муни — Ривлина. Численные расчеты по предложенной модели с учетом измеренных в эксперименте физических параметров эластомеров показали, что в некотором диапазоне токов существует три положения равновесия тела. 6. Теоретически получен критерий неустойчивости равновесного положения тела. С использованием этого критерия можно показать, что одно из трех положений равновесия неустойчиво и могут реализоваться только два из них. Это качественно совпадает с результатами эксперимента. Некоторое количественное отличие экспериментальных и теоретических результатов может быть связано с зависимостью коэффициентов упругости от величины магнитного поля. Теоретически и экспериментально обнаруженная бистабильность деформации тела из намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле может являться причиной, так называемой магнитной пластичности.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Активные системы, основанные на магнитных композиционных материалах, применяемые для локомоции и манипуляции
Результаты этапа: Задачи, поставленные в план, решены и представлены в 14 печатных работах, опубликован 3 статьи в реферируемых журналах, подготовлена и сдана в печать 1 статья. Результаты доложены на 3 российских и международных конференциях. 1. Создана установка для исследования деформации тонкого цилиндрического тела из намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле одной электромагнитной катушки. Экспериментально обнаружено, что равновесное состояние такого тела из намагничивающегося эластомера, к которому тело приходит при изменении тока в катушке, существенно зависит от характера этого изменения. 2. Проведены эксперименты с несколькими образцами. Во всех экспериментах ток в катушках менялся квазистатически. Обнаружен гистерезис длины тела при циклическом увеличении и уменьшении тока. При изменении тока обнаружены скачкообразное изменение длины тела при некоторых значениях токов. Показано, что в некотором диапазоне токов наблюдается бистабильность формы тела в магнитном поле. 3. Экспериментально силовым методом определены магнитные проницаемости эластомеров. Для этого образец сферической формы подвешивается в неоднородном магнитном поле электромагнитной катушке и с помощью динамометра измеряется магнитная сила, действующая на тело. Далее с использованием известной формулы для силы, действующей на сферическое тело, вычислялась магнитная проницаемость эластомера. 4. Экспериментально измерялась удлинение горизонтального тела при увеличении нагрузки. В случае горизонтального образца напряженное состояние можно считать однородным и результаты этих измерений можно обрабатывать известным способом и определять коэффициента упругости в модели Муни — Ривлина. Предложенная методика может использоваться для материалов с низкими значениями коэффициентов упругости. 5. Предложена математическая модель для расчета деформации тонкого тела в неоднородном магнитном поле. Численные расчеты по предложенной модели с учетом измеренных в эксперименте физических параметров эластомеров показали, что в некотором диапазоне токов существует три положения равновесия тела. 6. Теоретически получен критерий неустойчивости равновесного положения тела. С использованием этого критерия можно показать, что одна из трех равновесных форм неустойчива и могут реализоваться только две из них. Таким образом, и теоретически и экспериментально обнаружена бистабильность деформации тела из намагничивающегося эластомера. 7. Создана новая установка, создающая однородное переменное во времени магнитное поле. 8. Экспериментально исследовано движение погруженных в жидкость тел из намагничивающегося эластомера в переменных во времени магнитных полях около дна сосуда. 9. Экспериментально исследовано поведение тел из намагничивающегося эластомера около горизонтальной поверхности в отсутствии окружающей жидкости в переменном наклонном магнитном поле. 10. Создана экспериментальная установка, создающая неоднородное переменное магнитное поле, в которой можно менять частоту колебаний периодически меняющегося поля. Исследованы вынужденные колебания тела из намагничивающегося эластомера в периодически изменяющемся магнитном поле.

Прикрепленные к НИР результаты

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".