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磁流变液与磁流变阻尼器
[发布日期:2019-01-03  点击次数:788]

磁流变液主要由载体油液以及分散于其间的软磁性物质颗粒组成,在外加磁场中黏性可以在毫秒级的时间类产生数量级的改变,使其能在液态和类固态中迅速切换。磁流变阻尼器是最具代表性的磁流变元器件,在车辆悬架系统与土木工程的减振等领域有广阔的应用前景。

1 磁流变液的物理性质

在实验研究中,从显微镜下可以明显地看到,在零场磁场下MRF的颗粒分布是杂乱无序的;而在磁场作用下,却是沿磁场方向成链束状结构排列。当外磁场强度较弱时,MRF形成直径较细的短链,且数目较少;因此剪切它们所需外力较小,相应的MRF剪切屈服强度较低。随着外磁场不断增大,MRF中链束状结果长度变长且直径也变粗,数目也大大增加;因此剪切它们所需要的外力增加,相应的剪切屈服强度提高。这样就限制了MRF液体的流动,使原来的液态向类固态发展,剪切强度也随之而生,并随着磁场的强度增大而增大。

目前,MRF技术的研究主要以应用技术为主,MRF的主要应用领域是各种形式的主动和半主动阻尼器。为了使这些阻尼器具有相对优异的性能, 其使用的MRF应该满足下列性能指标:

1)较低的零磁场黏度。当外加磁场为零时,MRF的性质与牛顿流体相似,并且有一定的黏度。在零场黏度较低,MRD在外加磁场中具有等剪切强度时, MRD的阻尼力可出有更大的调节切范围。

2)较高的饱和屈服强度。MRF的饱和屈服强度是MRF的主要性能指标之一,性质优良的MRF的饱和屈服强度至少应达到2030kPa

3)对杂质的敏感强度较小。MRD工作时,MRD中的MRF中可出会因磨损而产生杂质,因此MRF不能对杂质过于敏感,否则会影响MRD的减振效果。

4)较宽的温度使用范围。在MR元器件中,MRF一般工作于剪切状态,工作过程中会产生很大的热量,因此MRF须在相当宽的温度范围内具有极高的稳定性。

2 滞回动力学行为

磁流变液的另一种重要特性是其滞回效应。许多实验中都观察到如图1所示的-剪切速度的滞回环。如图2.4所示,在正加速度行程中,开始以剪切力会以相对稳定的斜率增大,当到达B点时,剪切力会发生一个突然的跳跃,接着再对开始的斜率稳定增大到C处。从CA处变化时,剪切力曲线却并不按原曲线返回,而是由C处经D再返回到A处。这样,在剪切速度的一个变化周期中ABCDA中,剪切力-剪切速度图像会出现一个如图1所示的滞回环。

1 MRF的滞回效应

在外加磁场中在剪切力的作用下,MRF从类固态向液态转化的过程,本质上是其从一种因MRF颗粒极化而形成的各向异性状态,转化成各向同性的状态。但这种各向同性结构在有外加磁场的情况下是不稳定的,因此当剪切速率减小到某一特定值的时颗粒间磁力将克服液动力,不稳定的各向同性结构难以保持,MRF颗粒重新形成极化的链状结构。然而,重新形成极化链状结构时的剪应力小于其断裂时所需的剪应力;这就是磁流变液出现滞回效应的根本原因。

磁流变阻尼器的滞回动力学行为,同时依赖于加载速率与电流强调,对这种滞回行为的建模很具挑战性。因此,在使用前,需对其进行大量的动力学性能测试。图3为典型滞回动力学行为的加载频率与电流强调依赖性曲线。

3 典型滞回动力学行为的加载频率与电流强调依赖性

3 杭州亿恒公司磁流变阻尼测试系统的测度数据

                                                        

   

4 杭州亿恒阻尼测试系统

5为激励电流I=0.4A,加载频率为3Hz条件下的阻尼力-速率特性曲线及其示功图。阻尼器内部磁流变液的屈服力由激励电流决定,滞回环的宽度由速率变化率决定。如图所示,I=0.4A时,屈服力约为500N

4 激励电流 I= 0.4A, 加载频率 F = 3.0Hz

加载幅值为 A =246 8101214161820 mm

5 为激励电流I=0.4A,加载频率为6Hz条件下的阻尼力-速率特性曲线及其示功图。

如图所示,I=0.4A时,屈服力仍约为500N; 随着加载频率变大,滞回环宽随之增大。

4 激励电流 I= 0.4A, 加载频率 F = 6.0Hz

加载幅值为 A =246 8101214161820 mm

5为激励电流I=0.8A,加载频率为12Hz条件下的阻尼力-速率特性曲线及其示功图。

如图所示,I=0.8A时,屈服力仍约为1000N; 随着加载频率变大,滞回环宽随之增大。 

5 激励电流 I= 0.4A, 加载频率 F = 12.0Hz

加载幅值为 A =246 810 mm

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