题目：基于多物理场耦合的MRE磁致响应特性仿真与实验研究

在产品同质化严重的今天，汽车厂商之间的竞争愈演愈烈。汽车的NVH性能直接影响驾驶员和乘客的舒适性感观，其好坏决定了产品的被认可程度。汽车厂商每年都会在NVH研发中投入大量经费，开发用于汽车减振的新材料和新技术。磁流变弹性体（Magnetorheological elastomer，MRE）作为一种新兴的智能材料，在磁场作用下能够快速、连续和可逆地改变其刚度及阻尼特性，基于MRE的新型隔振器件将有望在汽车上得到广泛应用。MRE研究目前还处于起步阶段，研究方法和理论模型尚不完善。本文主要在MRE的力-磁耦合仿真方法、零场模量等效理论、磁学参数等效理论、磁致响应理论模型和半主动发动机悬置应用等方面进行了研究，为MRE的数值表征和工程应用提供了新方法和新思路。

本文开发了一种“力-磁耦合迭代算法及仿真系统”，设计开发了“一种毫米颗粒均布及链状排列磁敏弹性体制备装置”和“一种测试磁敏弹性体磁致力学性能的通用试验装置”。综合运用仿真、实验和解析等多种手段研究了MRE材料的磁致伸缩机理，拟合了磁致伸缩应变与几项关键参数之间的经验公式。实验结果验证了仿真方法的可行性和仿真结果的可信性。同时，解析公式在几项关键参数对磁致伸缩应变的影响规律方面给出了与经验公式一致的结论。

基于MRE真实显微结构，本文提出了五种典型MRE微观模型，分别为均布、链状、层状、岛状和柱状模型。参考金属晶格理论，针对每种微观模型分别进行了具有SC、BCC和FCC结构的RVE有限元建模，编写了参数化程序。基于HBC和PBC理论，推导了适用于平行六面体RVE微尺度仿真的通用约束方程，开发了相关程序。基于本文建立的RVE模型，通过仿真方法比较了HBC与PBC边界条件的计算精度，对比了不同RVE模型计算结果的差异。仿真结果显示，PBC边界在本文的RVE模型中更加适用，结果比HBC更加合理；不同RVE模型计算结果相差较大，说明选用不同的RVE类型对复合材料宏观等效参数的预测结果会有一定影响。

基于Mori-Tanaka模型，考虑颗粒空间分布和颗粒间相互作用，修正了稀疏应变集中张量。将该张量替换Eshelby张量代入Mori-Tanaka模型，得到了改进的Mori-Tanaka模型。分别应用理论计算和有限元仿真方法对本文提出的典型MRE微观模型进行了零场模量预测。结果显示，改进的Mori-Tanaka模型可以反映RVE中颗粒排列方式对复合材料宏观等效性能的影响，理论计算结果与有限元结果基本吻合。

将多相复合材料等效力学参数预测理论引入MRE的磁学参数研究，分别建立了针对五种典型微观模型的MRE宏观磁学参数预测模型。应用理论计算和有限元仿真方法对本文提出的典型MRE微观模型进行了等效磁导率等磁学参数预测，理论计算与有限元仿真结果吻合较好。计算结果显示，本文建立的模型可以比较准确地预测MRE的宏观等效磁学参数，比文献中已有预测模型适用范围更广且准确程度更高。

基于能量密度法推导了考虑颗粒空间分布的磁致响应理论模型，分别给出了磁致伸缩应变、磁致弹性模量以及磁致剪切模量的计算方法。应用理论计算方法，对五种典型MRE微观模型的磁致响应进行了系统研究。计算结果显示，磁致伸缩应变计算结果和前文中的实验结果和经验公式基本吻合，磁致剪切模量计算结果与文献中理论与实验结果也基本一致。应用本文的磁致响应理论模型可以对MRE材料制备和工程应用提供理论指导。

设计了“一种半主动MRE发动机悬置”，将其应用于某型四缸四冲程发动机实现自适应隔振功能。建立了发动机与车身二自由度振动模型，应用Simulink软件进行了系统仿真。仿真结果显示：怠速工况时，开启磁场能够有效隔离发动机传递给车身的振动并抑制发动机自身跳动；正常行驶工况时，关闭磁场能够有效隔离发动机传递给车身的振动，发动机自身跳动幅值也有一定减小。根据仿真结果，给出了一种简单有效的开闭控制策略。