Analysis of the magneto-thermo-dynamic behaviour of magnetorheological elastomers

Resumen

En las últimas décadas, se han desarrollado múltiples aplicaciones anti-vibratorias con el fin de aumentar la vida útil de los componentes, el confort y la seguridad. La mayor parte de estas aplicaciones utilizan materiales que no se pueden adaptar a unas condiciones de trabajo variables, por lo que surgen como alternativa los materiales inteligentes. Dentro de éste grupo de materiales, se encuentran los elastómeros magnetorreológicos que poseen la capacidad de modificar sus propiedades cuando se aplica un campo magnético externo. El principal objetivo de ésta tesis es analizar el comportamiento magneto-térmico-dinámico de los elastómeros magnetorreológicos para incrementar su uso en aplicaciones industriales. Se han sintetizado elastómeros magnetorreológicos isótropos y anisótropos con tres matrices diferentes y ocho concentraciones volumétricas de partículas. Se ha propuesto un nuevo criterio para definir el rango viscoelástico lineal de los elastómeros magnetorreológicos a cortadura analizando el factor de pérdida y el módulo de almacenamiento. Además, se ha estudiado la influencia de las variables de síntesis y de caracterización en el rango viscoelástico lineal, y en las propiedades magneto-viscoelásticas de los elastómeros magnetorreológicos isótropos y anisótropos, lo que ha permitido establecer la máxima atenuación de estos materiales. Adicionalmente, se ha diseñado e implementado un nuevo ensayo magneto-dinámico de compresión para caracterizar los elastómeros magnetorreológicos a altas frecuencias. En este modo de trabajo se han establecido el límite viscoelástico lineal y las propiedades magneto-viscoelásticas en función de la concentración de partículas, frecuencia y campo magnético. Por último se han creado dos nuevos modelos magneto-viscoelásticos, uno para elastómeros magnetorreológicos isótropos y otro para anisótropos. Ambos, utilizan un modelo de derivadas fraccionarias de cuatro parámetros para describir el carácter viscoelástico, al que se ha acoplado el modelo de Arrhenius para incluir la temperatura. Cada uno de los parámetros del modelo viscoelástico se ha analizado y modelado en función de la concentración de partículas. En el modelo viscoelástico de elastómeros magnetorreológicos isótropos se ha implementado un nuevo modelo magneto-inducido basado en la interacción dipolo-dipolo para incluir el efecto del campo magnético. En cuanto a los elastómeros magnetorreológicos anisótropos, se ha desarrollado un nuevo modelo para el módulo magneto-inducido a partir de las permeabilidades magnéticas. Este modelo se acopla al efecto viscoelástico dando un único modelo magneto-viscoelástico para elastómeros magnetorreológicos anisótropos.