磁流变液剪切屈服应力模型的理论分析与实验

剪切屈服应力是评价磁流变液流变性能的最重要参数,建立全面、准确的磁流变液剪切屈服应力模型对于反映磁流变液的流变学本质及磁流变液的工程应用都具有重要意义。在分析磁流变液微观结构的基础上,采用电磁力学与流体动力学相结合的方法,建立了磁流变液的剪切屈服应力模型,并在自行研制的磁流变液剪切屈服应力测试装置上对自制的磁流变液进行了实验测试,验证了模型的正确性。     

磁流变液及其应用研究综述

作为智能材料之一的磁流变液,其工程应用遍布建筑结构、海洋平台、桥梁及高速车辆等领域,尤其是在车辆先进悬挂系统领域的应用备受国内外研究者的关注。结合国内外新近研究进展及研究成果,对磁流变液组成成分、磁流变减振器结构型式、磁流变减振器阻尼力模型、车辆先进悬挂系统振动控制以及基于磁流变阻尼振动控制的实车道路实验等内容进行综述。基于更全面地跟踪和了解磁流变液及其应用研究发展趋势的目的,归纳梳理磁流变液与工程应用所面临的亟待解决的问题、当前研究的热点问题以及最新研究进展,并对磁流变液及其工程应用研究发展趋势进行了展望。     

履带车辆专用磁流变液制备及稳定性研究

分析了磁流变液稳定性的影响因素,并进行了履带车辆专用磁流变液的制备.通过添加分散剂和表面活性剂,改善了磁流变液的悬浮稳定性及再分散性.在大量实验的基础上,配制出4种悬浮稳定性及再分散性较好的磁流变液.实验表明,硬脂酸能大幅提高磁流变液的稳定性,聚丙烯酰胺对提高磁流变液的流动性和再分散性作用明显.     

基础油种类对磁流变液流变性能及稳定性的影响

为考察基础油对磁流变液的影响,以羰基铁粉为悬浮介质,4种不同种类的基础油为分散相制备了磁流变液。采用MCR302流变仪进行旋转和振荡2种剪切模式测试,考察了基础油对磁流变液流变性能的影响。通过自然沉降法对不同种类基础油磁流变液的沉降稳定性进行评估。结果表明:磁流变液样品黏度及黏弹性与基础油的黏度和类型均有关,其中以聚α-烯烃为基础油的磁流变液具有较高的储能模量,在低剪切速率下表现出高零场黏度,而以乙基硅油为基础油的磁流变液储能模量较低且损耗因子随剪切频率波动较大,沉降稳定性较差。     

多片式磁流变液离合器的设计与仿真

为了使磁流变液离合器能够传递较大转矩以满足B级轿车的要求,通过对磁流变液离合器的工作原理和转矩传递能力进行分析,确定了相关的结构参数和电磁参数,设计了一款多片式磁流变液离合器.利用Ansoft有限元分析软件对离合器模型内部的磁场分布进行了仿真,从仿真结果来看,离合器中磁流变液的工作区具有较高的磁感应强度,能够实现预期的转矩传递目标.     

磁流变液制备过程中球料比对其性能的影响

以羰基铁粉为悬浮相，硅油为分散相，采用高速球磨机球磨分散的方法制备磁流变液，考察了磁流变液制备过程中球料比对其零场粘度、沉降稳定性、流变性能的影响。利用NXS-11A旋转粘度计、自然沉降法分别对磁流变液的零场粘度、流变性和沉降稳定性进行了测试，研究发现球料比对磁流变液的粘度和沉降稳定性影响很大。随着球料比的不断增加，其粘度呈现出先减小后增大的趋势，当球料比为3：9时，所获得零场粘度最低。其沉降稳定性与粘度有很好的对应关系，即粘度大的沉降速率慢，粘度小的则沉降速率快。在磁流变液组成成分不变的情况下，制备磁流变液的过程中可以通过改变球料比的方法来改变磁流变液的零场粘度和沉降稳定性。     

基于偶极子理论的磁流变液流变特性模拟分析

根据磁性颗粒的偶极子理论,建立了磁性颗粒的三维动力学模型,模拟了三维状态下磁流变液磁性颗粒成链的过程,对影响成链速度的因素如磁场强度等进行了分析,结果表明:静态磁流变液的成链速度与磁性颗粒的体积分数、颗粒的大小及磁场强度成正比。对剪切速率为200s-1时磁流变液的动态特性进行仿真,结果发现:磁性链条处于一种动态平衡,但支链明显增多,导致剪切屈服应力下降。     

有场条件下不同羰基铁粉磁流变液的摩擦特性

采用磁化顶球法为四球机点摩擦副加场,测试不同种类羰基铁粉制备的磁流变液在有场状态下的摩擦特性,分析羰基铁粉表面类型和粒径对磁流变液摩擦特性的影响。结果表明,在外磁场作用下,摩擦副间的摩擦程度减轻,磁流变液的润滑性能提升。还原型羰基铁粉制备的磁流变液在有场作用下表现出良好的润滑性能,羰基型磁流变液较差,而经过Si O2表面包覆的羰基铁粉能够有效减轻有场条件下磁流变液的摩擦。有场条件下,磁流变液的摩擦因数随羰基铁粉粒径的增大而增大。     

基于CFD的磁射流抛光去除机理分析

应用计算流体动力学(CFD)方法分析了一种新型精密抛光技术——磁射流抛光的材料去除机理。磁射流抛光中,含有磨料的磁流变液射流被喷嘴出口附近的局部外加纵向磁场磁化,产生准直的硬化射流束来进行相对远距离的精密抛光。介绍了磁射流抛光的原理和实验装置,分析了磁流变液聚束射流的形成,通过一系列定点抛光实验研究了磁射流抛光工艺的材料去除分布特征,利用计算流体动力学的方法分析了垂直冲击和倾斜冲击情况下,磁流变液射流与工件表面相互作用时径向流场功率密度的分布特征。实验结果和仿真计算结果表明:磁流变液射流在工件表面径向扩展流动产生的径向剪切作用导致了材料去除;CFD方法能模拟抛光区去除率的三维分布,因此可以准确地预测抛光区形状。     

基于磁流变液的飞机起落架嵌入式缓冲控制器设计

基于飞机着陆和滑行过程中,飞机起落架中磁流变阻尼器的阻尼力的不可控的问题。提出基于磁流变液的飞机起落架嵌入式缓冲控制器设计方法,设计了针对控制磁流变阻尼器阻尼力的缓冲控制系统,主要包括嵌入式数字信号处理器DSP的选择,控制系统的原理设计,电源产生电路和复位电路模块,JTAG仿真电路模块,A/D采样校正模块,D/A转换模块,压控电流源驱动模块。通过电路模块的仿真,由控制系统中压控电流源出来的电流在阻尼器接受范围之内,证明了设计的磁流变缓冲控制器能对阻尼力的大小进行控制,对飞机起落架的缓冲系统起到调节作用。     

磁流变液的摩擦与润滑

采用四球摩擦磨损试验机考察了羰基铁-矿物油体系磁流变液和基础油摩擦系数随时间的变化曲线、磨斑直径,用扫描电镜观察了磨痕表面形貌.结果表明,与基础油相比,磁流变液的摩擦加剧,润滑性能降低,磁性颗粒是导致其润滑性能下降的首要原因;摩擦磨损机理主要是磨粒磨损,表现为犁沟效应.     

磁流变阻尼器的设计及其力学特性实验研究

介绍了磁流变智能阻尼器的结构和工作原理,设计制作了剪切阀式磁流变阻尼器,对设计中所涉及的一系列关键性技术问题作了深入探讨;基于台架实验,对磁流变阻尼器的动力特性进行了研究,为磁流变阻尼器的工程应用打下了基础。     

叶片式MRF减振器阻尼力矩模型的建立

MRF阻尼器具有体积小、能耗低、阻尼力连续可调等优点,是一种对结构实施半主动控制的理想装置,将其用于履带式车辆悬挂系统,可以提高车辆的越野机动性能。介绍了一种以传统叶片式液压减振器为基础设计的叶片式MRF减振器。基于流体的平行板流动模型和MRF的Bingham模型,建立了叶片式MRF减振器的阻尼力矩计算模型。计算结果表明,不加磁场时,叶片式MRF减振器具有与传统叶片式液压减振器相近的阻尼特性,加磁场时,减振器可获得较大的阻尼可调倍数。     

基于ANSOFT的叶片式MRF减振器磁路仿真

介绍了一种基于传统叶片式液压减振器设计的叶片式磁流变液(MRF)减振器的结构和磁路设计,利用Ansoft工程电磁场有限元分析软件对叶片式MRF减振器的磁路进行了分析。通过深入分析该型减振器的磁场分布,为减振器的磁路设计提供参考。     

偏心桶式磁流变传动装置在未屈服区的特性研究

提出一种新型磁流变传动装置———偏心桶式磁流变传动装置,在一定假设的基础上,建立了这种传动装置在未屈服区的传递力矩理论计算模型,比较其与同心桶式磁流变传动装置的传递力矩,并利用有限元分析软件ANSYS对同心桶式及偏心桶式磁流变传动装置在未屈服区的液流情况进行了仿真分析。     

基于矩阵运算的光学零件磁流变加工的驻留时间算法

提出了一种光学零件磁流变加工的驻留时间计算方法.该算法以矩阵运算为基础,首先确定工件上各个控制节点的高度余量,并将磁流变抛光模对各控制节点的材料去除能力体现到去除矩阵中,然后利用非负最小二乘法求解驻留时间向量.采用该算法在自行研制的磁流变抛光机床上进行抛光实验,经过2次迭代加工后,有效口径为145mm的球面镜P-V值达到40.5nm(约为λ/15),RMS值达到5nm(约为λ/125),表面粗糙度Ra值达到0.57nm.     

车用磁流变减振器动力性能实验分析

MRF阻尼器结构简单、体积小、能耗低、反应迅速且阻尼力可调范围广, 已经成为新型履带车辆半主动悬挂系统优先选择的方案。基于磁流变液体本构关系的Bingham模型,对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。对自行研制的双出杆剪切阀式磁流变减振器进行了实验研究,获得了不同振幅、频率、电流强度下的阻尼力变化曲线,从不同的侧面获得了MRF阻尼器的动力性能。结合Hrovat限界最优半主动控制算法和车辆悬挂系统振动的半主动控制策略,仿真分析了磁流变阻尼器对整车振动的控制效果,并与LQR控制结果作了比较。     

叶片式MRF减振器磁路设计与有限元分析

介绍了以传统叶片式液压减振器为基础而设计的叶片式MRF减振器,并利用Ansoft工程电磁场有限元分析软件,建立其磁路有限元分析模型;通过深入分析该型减振器的磁场分布,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。     

热压多晶氟化镁的磁流变抛光研究

热压多晶氟化镁是一种被广泛应用的红外光学材料.磁流变抛光因其抛光效率高、磨头无磨损、可实现确定性加工等优点而日益成为倍受瞩目的超精密光整加工技术.在利用传统抛光方法得到热压多晶氟化镁的抛光特性的基础上配制了适用于该材料的磁流变抛光液.通过抛光实验证明,与传统抛光方法相比,采用磁流变抛光方法对热压多晶氟化镁进行抛光,可以得到较好抛光表面质量,并且抛光的效率也大大提高.