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磁流變液與磁流變阻尼器
[發布日期:2019-01-03  點擊次數:845]

磁流變液主要由載體油液以及分散于其間的軟磁性物質顆粒組成,在外加磁場中黏性可以在毫秒級的時間類產生數量級的改變,使其能在液態和類固態中迅速切換。磁流變阻尼器是最具代表性的磁流變元器件,在車輛懸架系統與土木工程的減振等領域有廣闊的應用前景。

1 磁流變液的物理性質

在實驗研究中,從顯微鏡下可以明顯地看到,在零場磁場下MRF的顆粒分布是雜亂無序的;而在磁場作用下,卻是沿磁場方向成鏈束狀結構排列。當外磁場強度較弱時,MRF形成直徑較細的短鏈,且數目較少;因此剪切它們所需外力較小,相應的MRF剪切屈服強度較低。隨著外磁場不斷增大,MRF中鏈束狀結果長度變長且直徑也變粗,數目也大大增加;因此剪切它們所需要的外力增加,相應的剪切屈服強度提高。這樣就限制了MRF液體的流動,使原來的液態向類固態發展,剪切強度也隨之而生,并隨著磁場的強度增大而增大。

目前,MRF技術的研究主要以應用技術為主,MRF的主要應用領域是各種形式的主動和半主動阻尼器。為了使這些阻尼器具有相對優異的性能, 其使用的MRF應該滿足下列性能指標:

1)較低的零磁場黏度。當外加磁場為零時,MRF的性質與牛頓流體相似,并且有一定的黏度。在零場黏度較低,MRD在外加磁場中具有等剪切強度時, MRD的阻尼力可出有更大的調節切范圍。

2)較高的飽和屈服強度。MRF的飽和屈服強度是MRF的主要性能指標之一,性質優良的MRF的飽和屈服強度至少應達到2030kPa

3)對雜質的敏感強度較小。MRD工作時,MRD中的MRF中可出會因磨損而產生雜質,因此MRF不能對雜質過于敏感,否則會影響MRD的減振效果。

4)較寬的溫度使用范圍。在MR元器件中,MRF一般工作于剪切狀態,工作過程中會產生很大的熱量,因此MRF須在相當寬的溫度范圍內具有極高的穩定性。

2 滯回動力學行為

磁流變液的另一種重要特性是其滯回效應。許多實驗中都觀察到如圖1所示的-剪切速度的滯回環。如圖2.4所示,在正加速度行程中,開始以剪切力會以相對穩定的斜率增大,當到達B點時,剪切力會發生一個突然的跳躍,接著再對開始的斜率穩定增大到C處。從CA處變化時,剪切力曲線卻并不按原曲線返回,而是由C處經D再返回到A處。這樣,在剪切速度的一個變化周期中ABCDA中,剪切力-剪切速度圖像會出現一個如圖1所示的滯回環。

1 MRF的滯回效應

在外加磁場中在剪切力的作用下,MRF從類固態向液態轉化的過程,本質上是其從一種因MRF顆粒極化而形成的各向異性狀態,轉化成各向同性的狀態。但這種各向同性結構在有外加磁場的情況下是不穩定的,因此當剪切速率減小到某一特定值的時顆粒間磁力將克服液動力,不穩定的各向同性結構難以保持,MRF顆粒重新形成極化的鏈狀結構。然而,重新形成極化鏈狀結構時的剪應力小于其斷裂時所需的剪應力;這就是磁流變液出現滯回效應的根本原因。

磁流變阻尼器的滯回動力學行為,同時依賴于加載速率與電流強調,對這種滯回行為的建模很具挑戰性。因此,在使用前,需對其進行大量的動力學性能測試。圖3為典型滯回動力學行為的加載頻率與電流強調依賴性曲線。

3 典型滯回動力學行為的加載頻率與電流強調依賴性

3 杭州億恒公司磁流變阻尼測試系統的測度數據

                                                        

   

4 杭州億恒阻尼測試系統

5為激勵電流I=0.4A,加載頻率為3Hz條件下的阻尼力-速率特性曲線及其示功圖。阻尼器內部磁流變液的屈服力由激勵電流決定,滯回環的寬度由速率變化率決定。如圖所示,I=0.4A時,屈服力約為500N

4 激勵電流 I= 0.4A, 加載頻率 F = 3.0Hz

加載幅值為 A =246 8101214161820 mm

5 為激勵電流I=0.4A,加載頻率為6Hz條件下的阻尼力-速率特性曲線及其示功圖。

如圖所示,I=0.4A時,屈服力仍約為500N; 隨著加載頻率變大,滯回環寬隨之增大。

4 激勵電流 I= 0.4A, 加載頻率 F = 6.0Hz

加載幅值為 A =246 8101214161820 mm

5為激勵電流I=0.8A,加載頻率為12Hz條件下的阻尼力-速率特性曲線及其示功圖。

如圖所示,I=0.8A時,屈服力仍約為1000N; 隨著加載頻率變大,滯回環寬隨之增大。 

5 激勵電流 I= 0.4A, 加載頻率 F = 12.0Hz

加載幅值為 A =246 810 mm

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