Caracterização dinâmica de elastômeros magneto-reológicos

Abstract

Resumo: Elastômeros magneto-reológicos (MREs) são materiais compósitos, formados por uma matriz viscoelástica com adição de partículas ferromagnéticas. A principal vantagem dessa adição é a possibilidade de modificar as propriedades dinâmicas do material aplicando um campo magnético. O principal objetivo desta tese é identificar o efeito da frequência, temperatura e campo magnético nas propriedades dinâmicas de um MRE. Para tal, foram construídos dois sistemas de um grau de liberdade (1 GDL), compostos por uma base de alumínio e uma massa de aço, unidas pelo MRE. Em um sistema, o MRE continha 7% de partículas ferromagnéticas (em volume) e foi unido à base e à massa do sistema por meio de um adesivo. No outro sistema, o MRE foi composto com 20% de partículas e o material foi vulcanizado diretamente nos componentes metálicos. Foram realizados testes de transmissibilidade deste sistema, no domínio da frequência, variando o campo magnético e a temperatura aplicados. Utilizando a técnica de problema inverso em um ambiente de otimização, os dados experimentais das curvas de transmissibilidade foram ajustados em um modelo analítico. Dessa forma, foi possível obter os parâmetros do material que melhor descrevem os dados experimentais. A comparação entre curvas experimentais e analíticas validou o modelo matemático com valores médios de coeficiente de determinação de 0,97, para o caso do MRE com 7% de partículas e de 0,98 para o MRE com 20%. As curvas de transmissibilidade experimental também foram analisadas através de um componente de análise de variação (COV), que comparou os efeitos da temperatura e do campo magnético nas características dinâmicas experimentais do sistema. A análise do COV mostrou que, para a faixa de temperatura e os campos magnéticos avaliados, uma variação na temperatura tem um efeito mais relevante nas propriedades dinâmicas do MRE do que uma variação no campo magnético aplicado. Resultados experimentais mostraram que um campo magnético aplicado sobre o MRE aumenta a rigidez do sistema, especialmente em temperaturas mais altas e em frequências mais baixas, isto é, quando o MRE se torna menos rígido. Palavras-chave: Elastômeros magneto-reológicos. Caracterização dinâmica. Curvas de transmissibilidade.

Abstract: Magnetorheological elastomers (MREs) are composite materials, formed by a viscoelastic matrix with added ferromagnetic particles. The main advantage of such addition is the possibility of modifying the dynamic properties of the material by applying a magnetic field. This thesis aims to identify the effect of frequency, temperature and magnetic field on the MRE dynamic properties. In order to do so, two single-degree-of-freedom (1 DOF) systems were constructed, consisting of an aluminum base and a steel mass, joined by the MRE. In one system, the MRE contained 7% (in volume) of ferromagnetic particles and was bonded to the base and mass of the system by an adhesive. In the other system, the MRE contained 20% of particles and the material was vulcanized directly on metallic components. In the frequency domain, transmissibility tests of those systems were performed, varying the applied magnetic field and temperature. Using the inverse problem technique in an optimization environment, the experimental data of the transmissibility curves were adjusted to an analytical model. Thus, it was possible to obtain the parameters of the material that best describe the experimental data. The comparison between experimental and analytical curves validated the mathematical model with coefficient of determination values of 0.97, for MRE with 7% of particles, and 0.98, for MRE with 20%. The experimental transmissibility curves were also analyzed through a component of variation (COV) analysis, which compared the effects of temperature and magnetic field on the experimental dynamic characteristics of the system. The COV analysis showed that, for the evaluated temperature range and magnetic fields, a variation in temperature has a more relevant effect on the MRE dynamic properties than a variation in the applied magnetic field. Experimental results showed that a magnetic field applied on MRE can increase the system stiffness, especially at higher temperatures and lower frequencies, i.e. when the MRE becomes less rigid. Key-words: Magnetorheological elastomers. Dynamic characterization. Transmissibility curves.