磁流变阻尼器件研究综述

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1、磁流变阻尼器件研究综述磁流变阻尼器件的总论11磁流变材料与磁流变阻尼器的潜在工程应用11磁流变效应的解释12影响磁流变体的流变学特性的因素2磁流变阻尼器件的工作模式23　磁流变阻尼器件及其工程应用33.1　汽车座椅悬架磁流变阻尼器33.2　建筑结构中使用的磁流变阻尼器43.3　微型磁流变阻尼器53.4　直升飞机旋转叶片磁流变阻尼器53.5　其它磁流变阻尼器磁流变阻尼器64我国致力于开发各种磁流变器件的领域72磁流变技术与磁流变阻尼器件7Lord公司开发的挤压模式汽车座椅悬架阻尼器71磁流变效应的解释当磁流变体处于外加磁

2、场中,其粘滞系数明显增加,其主要原因是结构元的变化。在经典理论中,用磁偶极矩和磁性微粒成链作为结构元来解释磁流变效应,Shulman和Kordonskii对磁流变效应作了解释[2]:悬浮相是按一定角度定向排列互不影响的粒子剪切流动,当受到外加磁场作用时,悬浮液粘滞性的增加是由于附加能量被结构元的载流分子介质所消耗,机械能消耗的程度(磁流变体粘性的增加)是由磁流变体的微结构(微粒伸长和定向排列的程度)、外加磁场强度和剪切率大小等因素所决定。[2]ShulmanZP,etal.Physicalpropertiesanddy

3、namicsofmag-netorheologicalsuspensions[J].Int.J.MultiphaseFlow,1986,12(6):935～955.2影响磁流变体的流变学特性的因素磁流变体的流变学特性与诸多因素有关,主要是下列几方面:(1)磁流变体的剪应力与饱和磁化强度的关系　Carlson等[3]利用偶极子相互作用模型来描述磁流变体的特性,与Ginder[4]采用有限元方法研究结果是一致的:最大剪应力与饱和磁化强度的平方成正比。(2)磁流变体的屈服应力与磁化率的关系　Rosenwig等[5]将磁流变体

4、看作一种非对称弹性和磁性应力状态的连续体,研究了屈服应力与体积分数之间的关系,在悬浮相体积分数一定的情况下,随着磁化率的增加,屈服应力会增大。(3)温度对磁流变体的影响　复旦大学的潘胜等[6]建立了一个实验装置,测试了温度对由羟基铁配制的磁流变体静态屈服应力的影响,研究结果表明,静态屈服应力在不同温度(室温～+150°C)变化非常小。(4)磁流变体的剪切应力与悬浮相尺寸的关系　Lemaire[7]对磁流变体的屈服应力与悬浮相微粒尺寸的关系进行了研究,悬浮相微粒直径对屈服应力的影响取决于耦合系数的大小,研究也发现,一定尺

5、寸的单分散比多分散系试样具有更佳的磁流变体效应,这种效果来自无流动条件下的布朗运动引起的结构起伏,该运动使单链中两端临近微粒之间距离大于多分散系的平均距离,而链结构对流体流动的阻力恰恰来自于这种加大的间隙。(5)磁流变体在剪切流作用下的结构变化　Cutillas的研究表明,在剪应力作用下磁场中的磁流变体由六方密排向层状结构转变,发生该结构的转变的临界应变为0.15。(6)添加剂对磁流变体性能的影响　添加剂增大了磁流变体的粘度,有助于克服磁性微粒的沉降,用不同载体液配制磁流变体必须考虑添加剂的不同比例,采用预处理的磁性微

6、粒来配制磁流变体已使分散相的不稳定性有所改善,添加剂的比例应相应减少,或者采用对载体液的粘度不敏感的添加剂,使磁流变体的零场粘度下降。　磁流变阻尼器件的工作模式适用于制作磁流变阻尼器件的磁流变体应具有下列特性:在加磁场作用下有较高的屈服应力;在零场作用时具有较低的粘度;较宽的工作温度范围;长期的沉降稳定性和凝聚稳定性;较好的化学稳定性;响应时间短;与密封元件不发生化学作用。磁流变体能制成各种各样的阻尼器件,其工作原理有下面三种形式,见图1。1.压力驱动模式(PressuredrivenflowmodeorValvemo

7、de)是目前应用最多的工作模式。其原理如图1a所示,磁流变体在压力作用下通过固定的磁极,磁流变体流动的方向与磁场方向垂直,可通过改变励磁线圈的电流控制磁流变阻尼器的阻尼力。该系统可用于伺服控制阀、阻尼器和减振器等。2.剪切模式(Directshearmode)如图1b所示,磁流变体在可移动磁极的作用下通过可控磁场,磁极移动方向与磁场方向相互垂直,这种系统可用于离合器、制动器、锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。3.挤压模式(Compressivesqueezefilmmode)如图1c所示,磁极移动方向与磁场方向相同,磁流变

8、体在磁极压力的作用下向四周流动,磁场方向与磁流变体流动方向垂直。磁极移动位移较小,磁流变体产生的阻尼力较大,可应用于小位移大阻尼的磁流变阻尼器等。3　磁流变阻尼器件及其工程应用目前,磁流变技术已经取得了不少的研究成果,其中不少磁流变阻尼器已开始进入工程应用,主要应用于汽车、机械和建筑结构等领域。美国已经有实用化的产品问世,其中德尔