单一粒径与两种粒径羰基铁粉磁流变液特性的实验比较研究

通过控制球磨时间,用球磨机球磨出不同粒径的羰基铁粉,制得单一粒径磁流变液8组和两种粒径磁流变液6组。采用旋转流变仪对磁流变液的零场粘度和剪切强度进行了测试。结果表明,在相同磁场强度下,两种粒径磁流变液的剪切强度比单一粒径磁流变液的有明显提升,提升效果与颗粒的成份密切相关,且其零场粘度和沉降稳定性与单一粒径的差别很小。     

颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响

为了研究磁性颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响,通过改变水溶液中聚乙烯醇的浓度来获取不同包覆厚度的磁性颗粒,以此配制磁流变液;对包覆颗粒的表面形貌、粒径及静磁性能进行表征,并测试不同包覆厚度的磁性颗粒制备的磁流变液的零场黏度、剪切屈服应力和沉降稳定性性能。结果表明:颗粒包覆厚度对磁流变液的零场黏度影响不大,对剪切屈服应力影响作用由弱到强再减弱;包覆层厚度增大,大颗粒团聚物更易形成,导致磁流变液沉降稳定性降低。     

基于中空钴微米颗粒的磁流变液性能研究

采用水热法制备钴微米颗粒,通过X射线衍射仪、扫描电镜和振动样品磁强计对颗粒的相结构、形貌及磁性能进行表征。结果表明,颗粒为密排六方结构的单质钴,粒径3~5μm,内部呈中空结构,饱和磁化强度为161A·m2/kg。以中空钴微米颗粒为悬浮相,以硅油为基液,制备颗粒体积分数为12%的磁流变液。测试结果表明,基于中空钴微米颗粒的磁流变液的磁致剪切屈服强度在250kA/m磁场下达到37kPa,剪切应力的时间稳定性、长期静置的沉降稳定性等均优于同体积浓度的羰基铁粉磁流变液。     

磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析

摘 要：首先,试验测试了不同速度和电流变化下,大吨位磁流变液阻尼器的响应时间;然后,对激励电流变化时阻尼器的磁场变化进行了有限元模拟,基于阻尼器间隙内磁流变液剪切屈服强度的变化考察了阻尼器的响应时间,并与试验数据做了比较。最后,研究了涡流和阻尼器电磁回路中电流响应时间对阻尼力响应时间的影响。结果表明,可以用有限元模拟得到的间隙内磁流变液的平均有效剪切屈服强度的时程曲线来研究磁流变液阻尼器的响应时间;电磁响应时间是阻尼力响应时间的决定因素,减小阻尼器中的涡流是缩短磁流变液阻尼器响应时间的重要途径;电流下降时涡流对阻尼器磁路的影响要大于电流上升的情况;无论是上升还是下降,电流初值越小,涡流对阻尼器磁路的影响越大,阻尼力响应时间也越长。研究还表明,缩短电流的响应时间,会带来更大的涡流,并不一定能缩短阻尼力的响应时间。     

磁流变液微结构的实验观测

磁流变液(MRF)的力学性能与其微结构密切相关,而其微结构的形成与演化受多种因素的影响。研究了静磁场和剪切作用下磁流变液微结构的形成与演化。在静磁场作用下,分析了颗粒体积分数和磁感应强度对其微结构的影响;在剪切作用下,观测了微结构的动态演化过程。实验结果表明,在相同磁感应强度下,随着颗粒体积分数的增加,通链数目逐渐增多,孤立链减少,且由相互独立的单链转变为相互聚集的束链,在相同颗粒体积分数下,随着磁感应强度的增加,颗粒链的间距增大,链的聚合度明显提高;在剪切过程中,成功地捕捉到了磁流变液颗粒链从形成→拉伸→断裂→重组的动态演化过程,当该过程达到动态平衡时,为磁流变液提供了稳定的抵抗宏观剪切的能力。     

考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型及试验验证

为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性。结果表明,考虑了磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型可以更加精确地预测磁流变液在不同磁感应强度下的剪切屈服应力,尤其是在低磁感应强度情况下可以改善现有微观力学模型放大了磁流变液剪切屈服应力的缺点。     

不同粒径SiO_2粒子对磁流变液性能的影响

分别以不同粒径的SiO2粒子作为触变剂,以羰基铁粉为磁性颗粒,制备了矿物油基磁流变液。通过测量零场粘度、流变曲线、沉降率,以及摩擦系数等,考察了SiO2的粒径对磁流变液流变特性、稳定性以及摩擦学性能的影响。实验结果表明,(1)中等粒径的SiO2作为触变剂会明显增加磁流变液的零场粘度;(2)小粒径SiO2粒子的填补空隙作用,使得磁流变液在强磁场下磁致剪切应力明显增强;(3)磁流变液的沉降稳定性随着粒径的增大而明显改善,再分散性能下降;(4)较大粒径(100 nm)的SiO2粒子的磁流变液表现出良好的减摩性能。     

磁流变液的特性研究

对以金属铁颗粒为主体的磁流变液的一般特性进行了研究。详细研究了材料的颗粒大小、形状、比例以及温度等对磁流变液特性的影响。研究了流体的屈服应力与磁场关系,剪切应力与磁场以及剪切速率的关系。实验发现,磁流变液出现磁饱和现象不仅与材料特性有关,而且与配比比例有关;剪切应力不仅与材料的颗粒大小有关,还与材料的制备工艺有关。     

磁流变液的配制及其流变模型的研究

实验研究了磁流变液的改性配制工艺,并配制出了与美国商品化磁流变液性能相当的试样.其次,实测了磁流变液的剪切速率与剪切应力的关系,并分别用Bingham模型和Herschel-Bulkley模型对磁流变液的流变本构关系进行最小二乘拟合,研究表明后者可以较好地拟合MR液屈服后区的非线性特征.最后,通过阻尼器性能试验研究,进一步验证了磁流变液的本构关系更接近于Herschel-Bulkley体而非Bingham体.     

二聚酸对磁流变液流变性能及稳定性的影响

以羰基铁粉作为悬浮介质,硅油为分散相,二聚酸为表面活性剂制备了磁流变液,使用MCR 302流变仪对磁流变液进行稳态剪切,考察了二聚酸种类及含量对磁流变液流变性能的影响,并通过自然沉降法对体系沉降稳定性进行测试。结果表明,二聚酸组分内的二聚体、三聚体可有效在磁流变液内部,与羰基铁粉颗粒建立吸附连接,形成空间结构,从而影响磁流变液的流变性能及沉降性能。     

硅油端基对草酸氧钛电流变液性能的影响

以草酸氧钛纳米颗粒为分散相,以粘度相近、端基不同的硅油(羟基硅油、甲基含氢硅油、二甲基硅油)为基液制备电流变液,测试其剪切屈服强度、零场粘度、漏电流密度、剪切稳定性、沉降稳定性,以研究硅油端基结构对电流变液性能的影响。测试结果表明,以极性端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率及沉降稳定性,但导致漏电流密度增大;空间位阻作用较小的端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率,降低漏电流密度,但导致沉降稳定性变差。     

非圆形磁性颗粒对磁流变脂剪切应力的影响及其计算模型研究

磁流变脂是继磁流变液和磁流变弹性体之后,又一个具有巨大发展潜力的磁流变智能材料。参照作者提出的圆形颗粒的建模过程,建立了非圆形磁性颗粒磁流脂的剪切应力模型,并以六边形磁性颗粒磁流变脂为例,推导出六边形磁性颗粒磁流变脂剪切应力公式。该模型对半径和边长相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,体积相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,零场下的剪切力应力进行了模拟计算。结果表明同体积下的非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,且随接触边长的减少剪切应力亦减少,但都比圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力大。即使零场条件下,非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,说明球形磁流变液不是最佳选择。所以,非圆形磁性颗粒的磁流变脂机理研究对高性能磁流变液制备及其应用具有极其重要的指导意义。     

磁流变液的流变特性分析和实验验证

本研究制备了羰基铁粉体积分数为10%的硅油基磁流变液,使用Physica MCR 301流变仪测试其流变性能,用Bingham模型和Casson模型对磁流变液的流变性能进行拟合计算。实验表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为,在磁场作用下,随着剪切速率增加,剪切应力增大并趋于稳定,表观粘度显著减小,磁流变液存在剪切稀化现象。通过对数拟合的方法,得出磁流变液剪切应力和磁场的关系,剪切速率恒定时,随着磁场增大,磁流变液剪切应力显著增加。     

硅油端基对草酸氧钛电流变液性能的影响

以草酸氧钛纳米颗粒为分散相,以黏度相近,端基不同的硅油(羟基硅油、甲基含氢硅油、二甲基硅油)为基液制备电流变液,测试其剪切屈服强度、零场黏度、漏电流密度、剪切稳定性、沉降稳定性,以研究硅油端基结构对电流变液性能的影响。测试结果表明,以极性端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率及沉降稳定性,但导致漏电流密度增大;空间位阻作用较小的端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率,降低漏电流密度,但导致沉降稳定性变差。     

旁置孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力解析解

基于Bingham模型推导了磁流变液流经孔隙阀时流体的运动方程,孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力与阻尼器的结构参数、磁流变液的性能参数的关系为四次代数方程,应用代数方程理论得到了阻尼力的解析解,分析了磁流变液的黏度、屈服强度、磁流变阻尼器结构参数对阻尼性能的影响,本文的研究可用于指导阻尼器设计。     

杆形颗粒磁流变液的剪切屈服应力模型

杆形颗粒磁流变液是新近出现的新型磁流变液,它比传统磁流变液具有更好的性能.基于磁力学理论,通过分析磁化链中杆形颗粒的受力,包括磁力、压力、摩擦力及磁场对颗粒的力矩等,建立了磁流变液的剪切屈服应力模型,并和球形颗粒磁流变液加以对比,发现杆形颗粒磁流变液具有更高的屈服应力.计算结果和实验数据的比较表明,该模型能描述不同磁场...     

稠化剂含量对磁流变脂流变行为的影响

稠化剂含量是决定磁流变脂骨架结构强度的重要因素,对磁流变脂的实际应用具有较大的影响。实验制备了羰基铁粉质量百分数含量为30%、不同稠化剂含量的5种磁流变脂,考察了不同稠化剂含量对磁流变脂屈服应力、储能模量、损耗模量及磁流变效应的影响。结果表明,磁流变脂表现出剪切稀化的假塑性流体特征,不同稠化剂含量磁流变脂的屈服应力与磁场强度呈现出幂律关系,在适宜稠化剂含量时,幂律指数达到最佳值。提出评价磁流变脂的磁流变效应、交联结构体系强度和稳定性的参数指标,通过调节稠化剂的含量可改变非磁性骨架结构的密度,优化磁性部分对磁流变脂结构强度的贡献,改善磁流变脂的磁流变效应,拓宽磁流变脂的储能模量在磁场下的可控范围。     

磁流变液流变机理的三维动态仿真分析

针对磁流变液(MRF)的流变机理不明和剪切致稀原因不清的问题,分析磁流变液中软磁性颗粒的受力特点,建立偶极子微观力学模型和三维动态仿真模型,进行磁流变液成链过程与剪切过程的三维动态模拟以及响应时间的仿真分析,直观而形象地描述磁流变液的流变机理和剪切致稀现象形成的原因。仿真结果表明:在剪切作用下,链状结构的破裂是导致剪切致稀的主要原因;磁流变液的响应时间与铁磁颗粒的体积分数成反比。     

磁场作用下磁流变液剪切性能的实验分析

本文研究了磁流变液的力学性能,制备了羰基铁粉体积分数为20%的硅油基磁流变液,观察了磁流变液在磁场作用下的微观变化,测试了磁流变液的剪切性能。实验表明,无磁场作用下,磁流变液为牛顿流体;在磁场作用下,随着剪切速率的增加,剪切应力趋于稳定,表观粘度呈现指数式下降,磁流变液具有剪切稀化效应,符合广义Bingham模型。磁流变液剪切应力和外加电流的依赖关系为:在电流较小时,剪切应力表现为指数增长,指数值约为1.5;随着外加电流的增大,剪切应力表现为线性增长,最终达到稳定值。     

丙三醇改性对电流变液性能的影响

以丙三醇和钛酸四丁酯为原料,采用沉淀法制备丙三醇改性氧钛系(gly-O-Ti)电流变液颗粒,通过实验研究丙三醇加入量对颗粒形态及电流变性能的影响。颗粒结构及形态测试结果表明,gly-O-Ti颗粒呈无定形态,其粒径随丙三醇量增加而增大。电流变性能采用MCR301旋转流变仪测得,结果表明,当丙三醇与钛酸四丁酯摩尔比为2.5时,所制备的gly-O-Ti颗粒具有最佳的电流变效应;以此颗粒为分散相制备颗粒质量浓度为70%的电流变液,其在2.5kV/mm的电场强度下,剪切屈服强度达150kPa,呈低场高强特性。