Nghiên cứu tương tác giữa các hạt sắt trong trong vật liệu lưu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SẮT
TRONG VẬT LIỆU LƯU BIẾN TỪ DƯỚI TỪ
TRƯỜNG

Mã số: T2022-06-02

Chủ nhiệm đề tài: TS. Trương Thị Hoa

Đà Nẵng, 11/2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SẮT
TRONG VẬT LIỆU LƯU BIẾN TỪ DƯỚI TỪ TRƯỜNG

Mã số: T2022-06-02

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
KT. HIỆU TRƯỞNG

PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. Võ Trung Hùng TS. Trương Thị Hoa

2

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU

STT Họ và tên Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

1 TS. Nguyễn Xuân Bảo Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật- Đại học

Đà Nẵng, Kỹ thuật cơ khí

2 ThS. Nguyễn Quang Dự Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật- Đại học

Đà Nẵng, Kỹ thuật cơ khí

3 ThS. Nguyễn Văn Nam Khoa Điện-Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật-

Đại học Đà Nẵng, Kỹ thuật điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu tương tác giữa các hạt sắt trong trong vật liệu lưu

biến từ dưới từ trường

- Mã số: T2022-06-02
- Chủ nhiệm: TS.Trương Thị Hoa
- Thành viên tham gia: TS. Nguyễn Xuân Bảo, Ths. Nguyễn Quang Dự, ThS.
Nguyễn Văn Nam
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
- Thời gian thực hiện: 09 tháng (03 năm 2023 đến tháng 11 năm 2023)
2. Mục tiêu:
Xác định tương tác giữa các hạt sắt dưới sự tác động của từ trường
Mô phỏng lực tương tác giữa các hạt trong vật liệu lưu biến từ
Thí nghiệm đo cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ do ảnh hưởng tương
tác giữa các hạt.
1. Tính mới và sáng tạo:
Trong nghiên cứu này, sự tương tác giữa hai hạt làm bằng vật liệu từ tính đẳng
hướng có thể phân cực tuyến tính và được nhúng trong một ma trận đàn hồi được
nghiên cứu. Khi các hạt sắt được từ hóa trong một trường bên ngồi, lực hút từ tính
của các hạt, trái ngược với các lưỡng cực điểm xảy ra. Tính lưỡng cực, và lực
tương tác giữa các hạt sắt trong vùng từ trường gây ra hiện tượng thay đổi modul
đàn hồi và trễ cơ học, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các tính chất vật liệu
lưu biến từ. Kết quả nghiên cứu nhằm mục đích hiểu được dịng từ thơng qua hạt từ
tính và sự tương tác giữa hai hạt sắt trong từ trường, khái quát sự tương tác các hạt
sắt trong vật liệu lưu biến từ, và từ đó có thể cải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồi
lưu biến từ.
4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Đề tài đã nghiên cứu sự tương tác giữa các hạt hạt sắt từ được từ hóa trong một
trường bên ngồi, lực hút từ tính của các hạt, trái ngược với các lưỡng cực điểm
xảy ra. Tính lưỡng cực, và lực tương tác giữa các hạt sắt trong vùng từ trường gây
ra hiện tượng thay đổi modul đàn hồi và trễ cơ học, đã được tính tốn và thực

nghiệm nhằm mục đích hiểu được dịng từ thơng qua hạt từ tính, sự tương tác giữa
hai hạt sắt trong từ trường, và khái quát sự tương tác các hạt sắt trong vật liệu lưu
biến từ, và từ đó có thể cải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ.
5. Tên sản phẩm: 01 Bài báo đã được đăng trên tạp chí trong danh mục SCIE-Q2
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng:
Báo cáo tổng kết đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho giảng viên và sinh viên
chuyên ngành Hệ thống cung cấp điện
Các sản phẩm được nghiệm thu sẽ được chuyển giao theo hình thức bàn giao trực
tiếp tồn bộ cho Bộ mơn Hệ thống điện, Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật-ĐHĐN để làm tài liệu cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học của
giảng viên, sinh viên và để tiếp tục phát triển về sau.
7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Ngày tháng năm

TM. Hội đồng Khoa Chủ nhiệm đề tài
Chủ tịch

TS. Trần Hoàng Vũ TS. Trương Thị Hoa

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. Võ Trung Hùng
ii

Mẫu 4. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Studying the interactions between iron particles in magnetorheological
materials under a magnetic field.
Code number: T2022-06-02
Coordinator: Nguyễn Xuân Bảo, Nguyễn Quang Dự, Nguyễn Văn Nam
Implementing institution: University of Technology and Education-The University
of Danang
Duration: from March. 2023 to Nov. 2023
2. Objective(s):
-Determine the interaction between iron particles under the influence of a magnetic
field
-Simulate the interaction forces between particles in magnetorheological materials
-Experiment measuring the mechanical properties of magnetorheological elastic
materials due to the influence of interactions between particles.
3. Creativeness and innovativeness:

In this study, the interaction between two particles made of a linearly
polarizable isotropic magnetic material and embedded in an elastic matrix is
investigated. When iron particles are magnetized in an external field, the magnetic
attraction of the particles, as opposed to point dipoles, occurs. The dipole, and the
interaction force between iron particles in the magnetic field region causes changes
in the elastic modulus and mechanical hysteresis, which has important implications
for magnetorheological material properties. The research results aim to understand
the magnetic flow through magnetic particles and the interaction between two iron
particles in a magnetic field, generalize the interaction of iron particles in
magnetorheological materials, and thereby be able to improve Mechanical
properties of magnetorheological elastic materials.
2. Research results:

The project studied the interaction between ferromagnetic particles
magnetized in an external field, the magnetic attraction of the particles, in contrast
to the point dipoles that occur. The dipole, and the interaction force between iron
particles in the magnetic field region causing changes in elastic modulus and
mechanical hysteresis, have been calculated and experimented with the aim of
understanding the magnetic flux through magnetic particles, the interaction
between two iron particles in a magnetic field, and generalize the interaction of iron
particles in magnetorheological materials, and thereby can improve the mechanical
properties of magnetorheological elastic materials.
5. Products: 01 Article has been published in a journal indexed in SCIE-Q2
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

The project summary report is a useful reference for lecturers and students
majoring in Power Supply Systems.

Accepted products will be transferred in the form of direct handover to the
Department of Power Systems, Faculty of Electrical and Electronics Engineering,
University of Technology and Education - UD to be used as a reference for
teaching and scientific research of lecturers and students and for continued
development in the future.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................4

1.1 Tổng quan về vật liệu từ biến.................................................................4
1.2 Tổng quan về tương tác điện từ các hạt sắt trong vật liệu từ biến..............8
1.3 Mục đích nghiên cứu..............................................................................8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ............................10
2.1 Những khái niệm cơ bản về trường điện từ..........................................10
2.1.1 Định nghĩa.......................................................................................10
2.1.2 Các đại lượng đặc trưng của trường điện từ......................................11
2.1.3 Tính chất tương đối giữa E và B......................................................12
2.1.4 Véc tơ cường độ từ trường H...........................................................12
2.2 Phân cực từ.........................................................................................13
2.3 Tương tác lưỡng cực từ - lưỡng cực...................................................14
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VẬT LIỆU TỪ................................................16
3.1 Khái niệm chung về tính chất từ của vật liệu từ tính..............................16
3.2. Vật liệu từ mềm:................................................................................21
3.2.1 Sắt (Thép các bon thất )....................................................................21
3.2.2. Thép...............................................................................................22
3.3. Vật liệu từ cứng:.................................................................................24
3.3.1 Thép hợp kim hóa , được tôi đến trạng thái mactenxit:.....................24
3.3.2 Ferit từ cứng....................................................................................25
CHƯƠNG 4 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỪ BIẾN MRE.......27
4.1 Vật liệu từ biến MRE dưới các cấu trúc hạt sắt khác nhau....................27

4.2. Tính chất chung của vật liệu MRE.....................................................30
4.2.1 Tính chất chung...............................................................................30
4.2.2. Tính chất phụ thuộc vào tần số........................................................32
4.2.3. Tính chất phụ thuộc mật độ từ thơng...............................................34
4.2.4. Sự phụ thuộc vào biên độ................................................................36
4.2.5. Tính chất phụ thuộc vào góc nghiêng của chuỗi hạt.........................37
4.2.6. Thảo luận........................................................................................37
CHƯƠNG 5. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC LƯỠNG CỰC CÁC
HẠT SẮT TRONG VẬT LIỆU TỪ BIẾN MRE..............................................43
5.1. Tương tác từ trường của các hạt sắt trong vật liệu MRE....................43
5.2 Đánh giá, phân tích kết quả mơ phỏng.................................................48

5.2.1 Mối quan hệ giữa kết quả tính tốn lực tương tác và đáp ứng lực đo
thực nghiệm......................................................................................................48
5.2.2 Phân tích sự phân bố từ thông trong vật liệu MRE...........................48
KẾT LUẬN..................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................55
Thuyết minh đề tài KHCN
Hợp đồng triển khai đề tài
Phụ lục hợp đồng
Bảng Mục mục minh chứng sản phẩm của đề tài
Bộ minh chứng sản phẩm của đề tài

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MR -Magnetorheological material
MRE-Magnetorheological elastomer

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Hướng từ hóa dễ và khó trong đơn tinh thể................................................16

Hình 3.2 Đường cong từ hóa (a)và độ từ thẩm μ (b)...............................................18

Hình 3.3 Quan hệ μ vật liệu sắt từ với nhiệt độ........................................................18

Hình 3.4 Các vịng từ trễ ứng với các giá trị giới hạn cường độ từ trường khác nhau
................................................................................................................................ 19

Hình 3.5 Đường cong từ hóa ban đầu và vòng từ trễ giới hạn của vật liệu sắt từ 20

Hình 4.1 Quá trình làm mẫu MRE bao gồm ba bước chính: trộn để tạo thành hỗn
hợp đồng nhất, loại bỏ bong bóng khí và lưu hóa trong một trường từ trường với
các góc nghiêng khn khác nhau............................................................................29

Hình 4.2 Hệ thống thử nghiệm để đo các tính chất cơ học của các vật liệu..............29

Hình 4.3 Phản ứng lực - biến dạng ở hiệu suất tần số thấp (f=1 Hz), độ nhớt rất
nhỏ, tính đàn hồi và tính chất ma sát là các tính chất chính: (a) khơng có một trường
từ trường được áp dụng và (b) mạnh từ trường được áp dụng...................................31

Hình 4.4 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức tần số khác nhau trong trường hợp
có và khơng có từ trường được áp dụng cho mẫu S0: (a) khơng có trường từ trường,
(b) có từ trường 265 mT (3 A).................................................................................33

Hình 4.5 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức dòng điều chỉnh khác nhau, biên
độ được đặt (x0= 0.8 mm): (a) tần số kích thích 1 Hz; (b) tần số kích thích 12 Hz
34

Hình 4.6 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức biên độ khác nhau cho mẫu S0, tần
số được đặt là f=1 Hz: (a) khơng có trường từ trường 0 mT (0A); (b) có trường từ
trường 167 mT (3A)................................................................................................35

Hình 4.7 Đáp ứng vòng trễ lực-dịch chuyển đối với các mẫu có các góc nghiêng
khác nhau 300, 600 và 900, biên độ và tần số lần lượt là x0 = 0.85và f=1 Hz, các
thí nghiệm được thực hiện dưới các mức độ khác nhau của mật độ dòng điện: (a) 0
mT (0A); (b) 112 mT (2A); (c) 224 mT (4A); và (d) 336 mT (6 A).........................39

Hình 4.8 Sự tăng của biên độ Bảng 1lực đàn hồi và biên độ lực ma sát khi thử
nghiệm ở các giá trị dòng điện khác nhau cho các mẫu (S0, S30, S60), các giá trị
được tính tốn như được thể hiện trong Hình 1.3(b): (a) sự tăng của biên độ lực đàn

hồi ∆Fe0; (b) biên độ lực ma sát ∆Ff0...................................................................40

Hình 5.1 Đồ minh họa q trình từ trường hóa của hai hạt lưỡng cực từ dưới từ
trường bên ngoài: (a) hai nam châm đặc biệt; (b) biến dạng cắt................................43

Hình 5.2 Cường độ lực của toàn bộ hạt (Fx0 và Fy0) được tính tốn trong miền
cường độ từ trường với các góc nghiêng khác nhau: (a) Fx0; (b) Fy0......................46

Hình 5.3 Cường độ lực của toàn bộ hạt (Fx0 và Fy0) được tính tốn trong miền
góc nghiêng: (a) Fx0; (b) Fy0.................................................................................47

Hình 5.4 Mơ hình phần tử hữu hạn của các hạt sắt trong vật liệu MRE đặt trong
trường từ: (a) mô hình, (b) lưới mạng......................................................................50

Hình 5.5 Từ thơng đi qua các hạt sắt tương ứng với từ thông ngoại vi (điểm A) là 2
A (112mT) dưới các góc của hai hạt: (a) 00; (b) 300; (c) 600; (d) 900.....................51

Hình 5.6 Phản ứng từ thông tại các điểm A và C khi góc nghiêng giữa hai hạt tăng
lên với hai mức dịng điện khác nhau.......................................................................51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thành phần và các tính chất của nhãn hiệu sắt..........................................21

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và điện trở suất thép lá kỹ thuật điện
vào hàm lượng silic.................................................................................................22
Bảng 3.3 Giá trị giưới hạn cảm ứng từ và suất tổn hao thép ktd...............................23
Bảng 3.4 Giá trị cảm ứng từ của một số loại thép kỹ thuật......................................24

Bảng 4. 1 Biên độ lực (F0), biên độ lực ma sát (Ff0), diện tích vịng lặp (A), và độ

dốc (s = F0x0) đã được thực hiện ở các mức độ khác nhau về biên độ, mật độ
dòng điện từ trường (dòng điện áp dụng) và tần số cho mẫu S0..................................41
Bảng 5.1 Giá trị từ thông tại các điểm A và C khi thay đổi góc nghiêng của chuỗi
hạt ở mức dòng điện 2 A và 4 A................................................................................52

MỞ ĐẦU

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.1 Ngoài nước

Vật liệu lưu biến từ (Magnetorheological material (vật liệu MR)) được coi là
vật liệu thơng minh do phản ứng nhanh khi có từ trường tác dụng lên nó. Những vật
liệu này thường bao gồm các hạt sắt có kích thước micron phân tán trong chất lỏng
hoặc chất đàn hồi. Vật liệu MR đã được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống giảm
chấn thông minh và thiết bị cảm biến. Nhiều nghiên cứu quan tâm đến việc ảnh
hưởng từ trường và phân bố các hạt sắt bên trong vật liệu để cải thiện cơ tính vật
liệu này. Sự phân bố từ thơng trong vật liệu lưu biến từ với các hạt sắt được phân
tích bằng cách sử dụng phần mềm FEMM. Các nghiên cứu đã cho thấy rằng việc
tìm hiểu ảnh hưởng của từ trường lên hạt sắt trong vật liệu lưu biến từ đàn hồi
(MRE) có tầm quan trọng rất lớn do sự tương tác giữa các hạt sắt. Hơn nữa, khoảng
cách và góc nghiêng giữa các hạt sắt ảnh hưởng rất lớn đến cường độ từ thông và
lực tương tác giữa các hạt. Do đó cấu trúc của các hạt sắt trong vật liệu MRE ảnh
hưởng đáng kể đến tính chất của vật liệu. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tương tác các
hạt trong vật liệu lưu biến từ là một nhiệm vụ khó khăn và đang được nhiều nhà
khoa học quan tâm.

1.2 Trong nước

Vấn đề nghiên cứu thu hút được nhiều nhà khoa học trong nước tham gia

trong những năm gần đây.

2. Tính cấp thiết

Vật liệu lưu biến từ là một loại vật liệu thơng minh có đặc tính lưu biến có
thể thay đổi nhanh chóng dưới từ trường. Những vật liệu này thường bao gồm các
hạt sắt có kích thước micron phân tán trong chất lỏng hoặc chất đàn hồi. Các vật
liệu này hiện nay được sử dụng trong các hệ thống cơ khí thơng minh như: hệ thống
giảm chấn thông minh, cảm biến. Sự thay đổi cơ tính của vật liệu này là do sự
tương tác

giữa các hạt sắt bên trong vật liệu. Việc tìm hiểu ảnh hưởng của từ trường lên hạt
sắt trong vật liệu lưu biến từ có tầm quan trọng rất lớn đến sự tương tác giữa các
hạt sắt. Các khảo sát cho thấy rằng khoảng cách và góc nghiên giữa các hạt sắt ảnh
hưởng rất lớn đến cường độ từ thông và lực tương tác giữa các hạt. Do đó sự phân
bố của các hạt sắt ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của vật liệu. Tuy nhiên, việc
thiếu hiểu biết về dịng từ thơng qua hạt từ tính trong vật liệu lưu biến từ gây ra khó
khăn trong việc cải thiện cơ tính vật liệu này và việc thiết kế hệ thống từ trường
trong các hệ thống sử dụng vật liệu này. Trong nghiên cứu này, sự tương tác giữa
hai hạt làm bằng vật liệu từ tính đẳng hướng có thể phân cực tuyến tính và được
nhúng trong một ma trận đàn hồi được nghiên cứu. Trong trường hợp này, khi một
trường bên ngoài được áp đặt, lực hút từ tính của các hạt, trái ngược với các lưỡng
cực điểm xảy ra. Tính lưỡng cực, và lực tương tác giữa các hạt sắt trong vùng từ
trường gây ra hiện tượng thay đổi modul đàn hồi và trễ cơ học, điều này có ý nghĩa
quan trọng đối với các tính chất vật liệu từ lưu biến. Kết quả nghiên cứu nhằm mục
đích hiểu dịng từ thơng qua hạt từ tính và sự tương tác giữa hai hạt sắt trong từ
trường, khái quát sự tương tác các hạt sắt trong vật liệu lưu biến từ, và từ đó có thể
cải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ.

3. Mục tiêu đề tài

- Xác định tương tác giữa các hạt sắt dưới sự tác động của từ trường

- Mô phỏng lực tương tác giữa các hạt trong vật liệu lưu biến từ

- Thí nghiệm đo cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ do ảnh hưởng tương
tác giữa các hạt.

4. Cách tiếp cận

Tổng quan về những nghiên cứu ngoài nước đối với lĩnh vực liên quan của
đề tài. Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các nghiên cứu trước đó, từ đó lựa
chọn cách tiếp cận vấn đề, thiết kế mơ hình phần tử hữu hạn (finite element
method

2

magnetics- FEMM) và thực hiện mô phỏng số, thực nghiệm đối với đối tượng nghiên
cứu.

.5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu xây dựng các mơ hình tốn học mơ tả
tương tác giữa các hạt sắt trong từ trường; sử dụng công cụ phần tử hữu hạn
FEMM để mô phỏng ảnh hưởng từ trường lên các hạt sắt .
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
6.1. Đối tượng nghiên cứu
Tương tác giữa các hạt sắt trong từ trường
6.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số để kiểm tra ý tưởng đề xuất.
So sánh với giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về vật liệu từ biến.

Vật liệu từ biến MR (Magnetorheological material) là một loại vật liệu đặc
biệt được sử dụng trong các ứng dụng kĩ thuật, trong đó tính chất vật lý của chúng
có thể thay đổi bằng cách áp dụng một trường từ tích hợp. Cấu trúc cơ bản của MR
bao gồm các hạt sắt từ có kích thước rất nhỏ (micro size) được phân tán trong một
ma trận chất lỏng hoặc cao su đàn hồi. Các hạt sắt từ với kích thước vơ cùng nhỏ,
thường chỉ trong khoảng vài micromet (micro) được làm từ các kim loại như sắt,
nickel, hoặc cobalt. Những hạt này được phân tán đều trong ma trận chất lỏng hoặc
cao su đàn hồi. Một tính chất quan trọng của MR là khả năng thay đổi cấu trúc và
tính chất vật lý của chúng dưới tác động của lực từ từ các hạt sắt từ. Các hạt sắt từ
thường có độ từ thẩm cao, có nghĩa là chúng có khả năng tương tác mạnh với từ
trường khi một trường từ được áp dụng. Ma trận các hạt sắt là một phần quan trọng
của MR. Ma trận này cho phép nó thay đổi hình dạng và cấu trúc dưới tác động của
lực từ.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu sự tương tác các hạt sắt trong
vật liệu lưu biết từ đàn hồi (Magnetorheological elastomer - MRE). Các tính chất
của MRE bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như kích
thước, hình học, phân bố không gian và khối lượng của các hạt. Trong số các yếu tố
này, tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt có ảnh hưởng lớn nhất đến các tính chất của
MRE. Hơn nữa, việc hình thành chuỗi các hạt trong q trình lưu hóa rất phụ thuộc
vào khối lượng của các hạt đối với MRE [1]. Tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt so
với ma trận cao su ảnh hưởng đến tính cứng hoặc mềm của MRE. Khi tỷ lệ này
tăng lên, vật liệu có thể trở nên cứng hơn dưới tác động của lực từ, do sự tương tác
mạnh giữa các hạt sắt từ. Ngược lại, tỷ lệ thấp hơn có thể làm cho MRE mềm hơn.
Tùy thuộc vào tỷ lệ khối lượng, MREs có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu

cầu cụ thể của ứng dụng. Việc điều chỉnh tỷ lệ này có thể thay đổi tính đàn hồi, độ
nhớt, độ nhớt và đáp ứng tỷ lệ lực từ cần thiết. Trong trường hợp MRE không đồng
nhất, tỷ lệ khối lượng

của các hạt sắt đối với ma trận cao su có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của chuỗi các
hạt. Tính cách các hạt sắt được sắp xếp trong chuỗi có thể tạo ra những đặc điểm
đặc trưng của vật liệu này, chẳng hạn như tính chất độ nhạy đối với lực từ hoặc tính
ổn định. Tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt cũng quyết định hiệu suất và khả năng
ứng dụng của MREs. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như công
nghiệp ô tô, nơi MREs được sử dụng trong hệ thống giảm sóc để cải thiện khả năng
điều chỉnh và đáp ứng của xe.

Thêm vào đó, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các tính chất cơ học của vật
liệu MRE rất hiệu quả khi các hạt sắt hồn tồn bị từ hóa. Khoảng cách giữa các
hạt, cũng như các khuyết điểm của chuỗi hạt, cũng được xem xét. Các nghiên cứu
đã cho thấy rằng cấu trúc chuỗi hạt gây ra một sự thay đổi đáng kể các tính chất cơ
học của vật liệu MRE [2, 3]. Một tỷ lệ khối lượng của hạt lớn là mong muốn vì
khoảng cách giữa các hạt giảm, làm cho chúng trở nên nhạy và phản ứng hơn với
các lĩnh vực từ trường [4]. Tuy nhiên, mật độ hạt không nên q cao, vì điều này có
thể làm cho các hạt dính với nhau, dẫn đến khuyết điểm trong vật liệu. Trong
trường hợp tập trung hạt thấp trong MRE, chẳng hạn như nồng độ thấp hơn 20%
theo thể tích, nồng độ của các hạt từ trường quá thấp để tạo thành chuỗi và tập hợp
cá thể. Tỷ lệ theo thể tích cũng phụ thuộc vào vật liệu cơ bản và đường kính của
các hạt, với tỷ lệ theo thể tích được cho là hiệu quả dao động từ 27% đến 40% [5-
8]. Nghiên cứu cho thấy rằng khi các hạt sắt hồn tồn bị từ hóa, tức là chúng có
độ từ thẩm cao và từ hóa dư thấp, thì tính chất cơ học của MREs trở nên đặc biệt
hiệu quả. Điều này là do khả năng tương tác mạnh giữa các hạt sắt từ trong môi
trường từ trường. Khoảng cách giữa các hạt sắt cũng đóng vai trị quan trọng trong
việc điều chỉnh tính chất cơ học của MREs. Tỷ lệ khối lượng của các hạt cao có thể
làm giảm khoảng cách giữa chúng, tạo điều kiện cho việc tương tác mạnh hơn dưới

tác động của từ trường. Việc quan sát và quản lý khuyết điểm trong chuỗi các hạt
cũng có ảnh hưởng đến tính chất của MREs. Sự khơng đều trong cấu trúc chuỗi có
thể ảnh hưởng đến tính đàn hồi và khả năng điều chỉnh của vật liệu. Tỷ lệ khối
lượng của các hạt sắt có thể tác động

đáng kể đến tính cơ học của MREs. Tỷ lệ này cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu
suất tốt nhất cho các ứng dụng cụ thể. Tỷ lệ quá cao có thể làm cho vật liệu trở nên
quá cứng và ít nhạy với từ trường, trong khi tỷ lệ q thấp có thể khơng đủ để tạo ra
cấu trúc chuỗi và tập hợp cá thể. Tỷ lệ theo thể tích cũng phụ thuộc vào vật liệu đàn
hồi của MREs và đường kính của các hạt sắt. Việc nghiên cứu và điều chỉnh tỷ lệ
này có thể là một phần quan trọng trong việc tối ưu hóa tính chất của MREs cho
từng ứng dụng cụ thể.

Độ đàn hồi động có thể mơ tả tính chất phụ thuộc vào tần số của MRE. Độ
đàn hồi động thường được đặc trưng bởi độ đàn hồi và độ tiêu hao, đại diện cho các
thành phần đàn hồi và tiêu hao của vật liệu. Hành vi phụ thuộc vào tần số của MRE
có thể được minh họa thêm bằng hệ số tiêu hao, tức tỷ lệ giữa độ tiêu hao và độ đàn
hồi. Hệ số tiêu hao được sử dụng để đo lường khả năng tiêu hao năng lượng của
một vật liệu và có thể được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của MRE cho các ứng
dụng cụ thể. Tính chất của một vật liệu điều khiển từ trường có độ cứng phụ thuộc
rất nhiều vào mật độ dòng từ trường được áp dụng. MREs phản ứng với cường độ
từ trường bằng cách thay đổi tính chất cơ học và độ nhớt của chúng. Mật độ dòng
từ trường phụ thuộc đáng kể vào độ cứng và hiện tượng từ trễ (hysteresis) của vật
liệu MRE [9,10]. Độ đàn hồi động của MREs là một yếu tố quan trọng để đánh giá
tính chất đàn hồi của vật liệu dưới tác động từ trường. Nó có thể biểu thị sự đàn hồi
của vật liệu tại các tần số khác nhau. Độ đàn hồi động thường được đặc trưng bằng
các độ đàn hồi và độ tiêu hao, thể hiện sự đàn hồi và sự tiêu hao năng lượng của
MREs. Hệ số tiêu hao là tỷ lệ giữa độ mất và độ đàn hồi, và nó được sử dụng để đo
lường khả năng tiêu hao năng lượng của vật liệu. Điều này cho phép tối ưu hiệu
suất của MRE cho các ứng dụng cụ thể. MREs có thể được điều chỉnh để có hệ số

mất thấp hơn, làm tăng tính hiệu quả của chúng trong việc chuyển đổi từ trường.
Tính cứng của MREs, tức khả năng chống lại biến dạng, phụ thuộc vào mật độ
dòng từ trường được áp dụng. Cường độ từ trường ảnh hưởng đến tính chất cơ học
và độ nhớt của

MREs. Hiện tượng từ trễ (hysteresis), tức tổn thất năng lượng trong vật liệu, cũng có
thể quan trọng trong đánh giá hiệu suất của MREs.

Tại mật độ từ thông thấp, vật liệu có khả năng đáp ứng điện từ (MREs)
thường có tính chất mềm, tức là chúng dễ uốn cong và biến dạng. Tuy nhiên, khi
chúng được đặt trong mơi trường có mật độ từ thông cao, chúng trở nên cứng và
rắn hơn, tức là chúng ít uốn cong và biến dạng hơn. Điều này có nghĩa là khi từ
trường được tăng cường, sự thay đổi trong tính chất của MREs trở nên rõ rệt hơn.
Ở một tần số cụ thể, hiện tượng từ trễ của MREs trở nên phi tuyến. Nó cũng gia
tăng đáng kể khi mật độ từ thông tăng lên. Hiện tượng từ trễ này xuất hiện do sự
ma sát xảy ra trong vật liệu MREs khi chúng thay đổi khả năng phản ứng trong từ
trường.

Để mô tả hiện tượng từ trễ này, nhiều mơ hình tốn học đã được phát triển
và sử dụng. Các mơ hình này có thể được liệt kê như mơ hình ma sát Bingham, mơ
hình ma sát Dahn, mơ hình Bouc-Wen và mơ hình ma sát Coulomb mượt. Các mơ
hình này giúp mơ phỏng và dự đốn cách MREs sẽ phản ứng trong các tình huống
khác nhau và làm cho hiện tượng hysteresis trở nên dễ hiểu hơn cho các nhà nghiên
cứu và kỹ sư [11-18].

Tính chất của một vật liệu lưu biến phụ thuộc vào biên độ là khả năng của
vật liệu thay đổi tính chất của nó dưới tác động của biên độ khác nhau. Ở một tần
số và cường độ từ trường cụ thể, độ đàn hồi (hoặc độ cứng) trở nên lớn hoặc nhỏ
khi thực hiện ở biên độ nhỏ và lớn. Đây là tính chất Fletcher-Gent hoặc Payne của
các vật liệu đàn hồi [19, 20]. Tính chất của MRE cũng phụ thuộc vào kích thước

hạt sắt và tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt. Cấu trúc của các hạt trong MRE cũng thu
hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Góc nghiêng của từ trường so với chuỗi
hạt được cho là có ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng (module) và hiện tượng từ trễ,
điều cần phải làm sáng tỏ [21-23].