磁流變液流變學(xué)特性檢測儀器研究.pdf

1、磁流變液的流變學(xué)特性測試為高性能磁流變液的研究和開發(fā)提供評價手段，而且能為磁流變液器件及裝置提供重要技術(shù)參數(shù)。近年來，磁流變液的流變學(xué)特性測試方法成為磁流變學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一，并且引起國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，不少專家學(xué)者提出了很多種測試方法，也設(shè)計出很多種測試裝置，但目前對磁流變液的許多測量工作仍采用改裝的普通粘度計進行，存在著很多不足，特別是不能完成高磁場和高剪切率下的測量，國外現(xiàn)有商品化的測試裝置價格昂貴，阻礙了磁流變液性能評

2、價工作的進一步開展。本文以新型磁流變液流變學(xué)特性檢測儀器為目標(biāo)，提出了基于同心圓筒雙邊剪切模式的流變學(xué)特性檢測方法，研究了磁流變檢測裝置磁路和結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的相關(guān)技術(shù)問題，完成了磁流變液流變學(xué)特性檢測裝置研制，并利用所設(shè)計的儀器對某型號的磁流變液進行了測試。具體研究內(nèi)容如下： 按照磁流變液檢測儀器工作模式，從剪切模式、流動模式兩個方面綜述了磁流變液流變學(xué)性能測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析了磁流變液檢測技術(shù)領(lǐng)域存在的主要問題和開展

3、磁流變液流變特性測試方法研究的學(xué)術(shù)價值，針對高剪切應(yīng)變率和高飽和磁化強度，提出了一種新型磁流變液流變特性檢測方法及本文將要開展的研究工作。 根據(jù)磁流變液裝置設(shè)計和材料性能評價的需要，分析了磁流變液的流變學(xué)特性，總結(jié)出Bingham模型、Bingham雙塑性模型、Herschel-Bulkley模型和Eyring本構(gòu)模型來描述其流變學(xué)特性，并由此得出磁流變液流變學(xué)特性就是：在不同溫度和磁場下磁流變液的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間的關(guān)系

4、。從磁流變液檢測裝置的工作模式出發(fā)，分析了內(nèi)外剪切通道中微單元的受力狀態(tài)，建立了平衡微分方程和邊界條件，利用牛頓本構(gòu)模型和賓漢本構(gòu)模型，分別研究了未加磁場和磁場作用條件下磁流變液在剪切通道中的流動特性，以及剪切應(yīng)力分布和剪切應(yīng)變率分布。在此基礎(chǔ)上，研究了通道中磁流變液標(biāo)稱剪切應(yīng)力與傳遞力矩之間的理論關(guān)系，標(biāo)稱剪切應(yīng)變率與裝置角速度之間的理論關(guān)系，并給出相應(yīng)的近似算法，由此提出了同心圓筒雙邊剪切模式的磁流變液流變學(xué)特性檢測方法。

5、根據(jù)檢測儀器磁路結(jié)構(gòu)和剪切通道中磁感應(yīng)強度分布的要求，確定了基于雙邊剪切磁流變液流變學(xué)特性檢測儀器的磁路結(jié)構(gòu)。基于儀器磁路設(shè)計準(zhǔn)則，選擇合適的磁芯材料，建立直流串聯(lián)磁路分析方程，分別計算了磁路各部分的磁阻及磁路所需要的磁勢，并進行磁飽和分析，在此基礎(chǔ)上對磁路結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，分析得到剪切通道中磁感應(yīng)強度與勵磁電流的關(guān)系，利用數(shù)字特斯拉計對剪切通道中的磁感應(yīng)強度進行多次測試，測試結(jié)果與理論計算對比說明本磁路設(shè)計方法合理。 根據(jù)

6、磁流變液剪切機構(gòu)的力矩傳遞特性，結(jié)合磁流變液流變學(xué)特性檢測儀器的系統(tǒng)要求，合理選擇了用于測量輸出力矩的扭矩傳感器以及扭矩測量儀、動力提供設(shè)備、轉(zhuǎn)速控制設(shè)備、轉(zhuǎn)速測量儀、溫度測試儀等，組裝并成功調(diào)試該儀器，證明對于本文提出的雙邊剪切磁流變液流變學(xué)特性檢測儀器的實現(xiàn)方法合理；利用該儀器，對某種牌號的磁流變液進行多次測試，測試結(jié)果表明：磁流變液的粘度隨著磁場的增大而增大；剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增加而增加；在磁場較大時，剪切應(yīng)力隨著磁場的增加變