壁面形貌对磁流变液滑移特性的影响

为了分析传动壁面形貌对磁流变液滑移特性的影响规律,建立磁流变传动性能实验台,分析了传动壁面沟槽形状、沟槽密度、沟槽深度、纹理类型等对滑移强度的影响规律,研究发现,滑移强度与传动壁面表面形貌有关,壁面沟槽形状对滑移强度影响并不明显,三角形截面形状略优于矩形;增加沟槽密度可提升磁流变液的传动能力,沟槽深度在0～0.5mm范围内存在最优值;同心圆、光滑、凹坑及径向辐射条纹4种壁面形貌中,滑移强度由大到小依次是:径向辐射条纹、凹坑、光滑、同心圆,改变壁面形貌可使滑移强度提高10%。     

变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证EI北大核心CSCD

传统磁流变(magnetorheological, MR)缓冲器通常采用等间隙阻尼流道,对于冲击环境下仅靠励磁控制方法实现柔顺耗能极具挑战。针对此问题,提出一种缸筒截面具有锥度特征的磁流变胶泥缓冲器,其阻尼间隙随活塞位移增大而逐渐减小,同时伴随磁感应强度增大,进而提升阻尼力,以期通过结构设计方法补偿冲击环境下缓冲力的衰减。通过建立双坐标系分析了动态磁场与位移、电流之间的关系;采用微分思想将变间隙阻尼通道分为若干微元,基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型得到微元阻尼通道的截面流速分布;考虑局部损耗,构建了HB-Minor Losses(HBM)动力学模型,定量分析了各局部损耗因素的影响;进一步分析了位移变化对截面流速、局部损耗压降、总压降的影响。搭建了锤重为93.2 kg的冲击试验平台,并开展了不同冲击速度和电流下缓冲器动力学性能测试。结果显示缓冲器具备良好的可控性,其动态范围高达2.0,最大缓冲力达55 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBM模型能够准确预测变间隙磁流变胶泥缓冲器动力学性能。     

微尺度效应对聚合物熔体壁面滑移影响的研究

在分析聚合物熔体的壁面滑移机理和微通道中尺度效应对壁面滑移的影响基础上,通过对Hatzikiriakos所建壁面滑移模型滑移系数的修正,建立了微通道的壁面滑移模型.采用修正前和修正后壁面滑移模型,通过数值模拟,计算出了直径为0.5mm的微通道中在不同剪切速率下的滑移速度和压力降.对比计算结果,修正后的滑移模型计算出的滑移速度减小了,而压力降增加了.通过与试验测得的压力降对比,根据修正后的壁面滑移模型计算出的压力降更接近试验值.     

多级径向流动型磁流变液减振器理论与实验

针对轴向流动型磁流变液减振器有效阻尼通道短和磁场利用率不高的问题,提出一种多级径向流动型磁流变液减振器;建立了磁流变液径向流动控制方程,并对其进行了合理简化,采用双粘本构模型导出磁流变液径向流动速度的表达式;利用定积分法分析了磁流变液惯性效应对径向压力梯度影响;得出了基于准稳态与非稳态流动的磁流变液减振器阻尼力计算方法。为了验证理论分析的合理性,按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了多级径向流动型磁流变液减振器,利用J95-I型油压减振器实验台对其进行了阻尼特性实验,比较了不同激励电流下的磁流变液减振器阻尼力的实验值与理论值。     

磁流变液摩擦磨损特性研究进展概述

磁流变液作为一种耗能低、出力大、反应快的智能材料,已在诸多工程领域展现出巨大的应用潜力。近年来,磁流变液摩擦磨损特性对材料本身和周边器件的影响受到学术界的广泛关注。本文结合磁流变液摩擦磨损特性的研究现状,对改进磁流变液摩擦性能的处理方法和研究手段进行了概述,并综述了磁流变液壁面滑移的研究进展及其在测试和应用中的影响,着重介绍了目前的研究手段和处理方法的优势与局限及其发展方向。最后,结合磁流变液摩擦磨损特性研究中存在的问题提出了一些观点。     

基于双粘本构模型的汽车磁流变液减振器阻尼特性分析

将磁流变液在环形阻尼通道的流动简化为无限宽平板间的准稳态流动,建立了磁流变液平板准静态流动方程,利用磁流变液的双粘本构模型、边界条件和相容条件,得出了磁流变液速度分布,并分析了不同粘度比对磁流变液的流动速度分布的影响,在给定活塞速度和环形通道的几何尺寸条件下,对汽车磁流变减振器的阻尼特性进行理论预测,并研究了磁流变液减振器的双粘阻尼特性.按照长安之星微型汽车前悬架的技术要求,设计和制作了微型汽车磁流变减振器,在山川减振器公司对此进行了台架试验研究,试验结果表明应用所提出的理论分析模型和设计原理是可行的.     

平行圆盘间电流变液的挤压流研究

采用双粘度本构模型研究了两平行圆盘间电流变液的挤压流特性,壁面边界上采用Navier滑移模型.流场根据其特性被分为两个区域:对称轴附近的牛顿区以及远离对称轴的双粘区;双粘区存在屈服面.本文在牛顿区和双粘区分别求解出其速度场和压力梯度场.壁面上的滑移速度与当地的压力梯度成正比;而压力梯度在牛顿区与r成正比,在双粘区r值较大的地方与r近似成线性关系.通过将压力梯度在双粘区近似为r的线性函数,可积分出流场的压力分布与作用在圆盘上的挤压力.此外,本文还通过计算,考察了速度场的分布特点,分析了滑移系数对速度场、压力梯度场、屈服面位置以及挤压力的影响.     

考虑壁面滑移和黏度的压力依赖性的纤维增强聚合物薄壁注塑件翘曲三维模拟EI北大核心CSCD

基于三维模型,且同时考虑壁面滑移和黏度的压力依赖性,建立了纤维增强聚合物薄壁注塑件翘曲模拟有限元模型,分析了模型维度、壁面滑移和黏度的压力依赖性对注塑件翘曲模拟的影响,讨论了主要工艺参数对注塑件最大翘曲变形量的影响规律。结果表明,模型维度对注塑件翘曲模拟的影响最大,黏度的压力依赖性次之,壁面滑移最小;注塑件最大翘曲变形量随注射速率、熔体温度和模具温度的升高而增大,随保压压力的升高而减小,且影响最为显著,随保压时间的延长变化不明显。     

径向节流型磁流变胶泥缓冲器冲击动力学行为

为提高汽车碰撞缓冲系统的自适应调节能力,提出一种波纹圧溃与径向流动节流共同作用的可控缓冲器。用波纹管取代传统吸能盒,并串接于磁流变阀,内部填充具备优秀悬浮稳定性的磁流变胶泥;为提高磁场利用率且减小缓冲器轴向长度,在磁流变阀内建立胶泥流动方向与磁场方向完全垂直的径向流道。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型推导了流道内流动节流压降与冲击速度间的关系;考虑局部损耗的影响,构建了HB-Minor Losses (HBM)动力学模型;进一步定量分析了惯性效应产生的压降,构建了包含惯性效应的HBM-Inertia (HBMI)模型。制作了缓冲器并开展了落锤冲击试验;分析了径向流道压降在阻尼流道总压降中的比重;分析了局部损耗对压降的影响,提出了进一步提高可控性的局部损耗优化区域。对比理论与试验缓冲力曲线,分四个阶段分析了惯性效应对缓冲力的具体影响,发现惯性效应主要在峰值阶段、结束阶段影响缓冲力;比较了理论模型与试验峰值力、动态范围,进一步得到理论动态范围相对误差,结果表明,HBMI模型对磁流变胶泥缓冲器动力学行为的预测更为准确。     

多环形槽结构磁流变阻尼器的实验建模

对自行设计的、多环形槽结构磁流变阻尼器进行了理论分析与实验建模.该阻尼器的主要特点是在阻尼活塞周向表面上开有若干个矩形齿状环形槽,并且通过磁路设计,使流经阻尼通道处的磁流变液流动方向与其作用的磁力线方向垂直,用以增大阻尼力和阻尼力变化范围.然后从磁流变液的流变特性、电磁学的角度出发,利用修正了的非牛顿流体宾汉模型、结合实验数据,建立了该阻尼器的力学模型.利用该模型绘制和分析了外加磁场(通过施加电流实现)和阻尼力之间关系曲线,与实验结果较好吻合,从而证明了模型的正确性,为磁流变液阻尼器设计和性能预测提供了参考.     

Effects of boundary slip and apparent viscosity on the stability of microchannel flow

The effects of boundary slip, apparent viscosity and their combined modification on the mean velocity and stability of plane microchannel flow are investigated. Two kinds of microchannel are considered in this approach. One is the channel wall made of the same material. The other is the channel wall made of different materials. The boundary slip is determined by Navier slip condition. Apparent viscosity is considered by a model, where the effects of channel wall on liquid viscosity are assumed as a function of the distance from channel wall. Numerical results show that the boundary slip always stabilizes the flow and the apparent viscosity destabilizes the flow. It also shows that the effects of boundary slip are reduced sharply by considering the apparent viscosity modification. It means that the interaction between the close-wall molecules of liquid and solid wall is strong enough to resist boundary slip.     

Effect of surface slip on Stokes flow past a spherical particle in infinite fluid and near a plane wall

The motion of a spherical particle in infinite linear flow and near a plane wall, subject to the slip boundary condition on both the particle surface and the wall, is studied in the limit of zero Reynolds number. In the case of infinite flow, an exact solution is derived using the singularity representation, and analytical expressions for the force, torque, and stresslet are derived in terms of slip coefficients generalizing the Stokes–Basset–Einstein law. The slip velocity reduces the drag force, torque, and the effective viscosity of a dilute suspension. In the case of wall-bounded flow, advantage is taken of the axial symmetry of the boundaries of the flow with respect to the axis that is normal to the wall and passes through the particle center to formulate the problem in terms of a system of one-dimensional integral equations for the first sine and cosine Fourier coefficients of the unknown traction and velocity along the boundary contour in a meridional plane. Numerical solutions furnish accurate predictions for (a) the force and torque exerted on a particle translating parallel to the wall in a quiescent fluid, (b) the force and torque exerted on a particle rotating about an axis that is parallel to the wall in a quiescent fluid, and (c) the translational and angular velocities of a freely suspended particle in simple shear flow parallel to the wall. For certain combinations of the wall and particle slip coefficients, a particle moving under the influence of a tangential force translates parallel to the wall without rotation, and a particle moving under the influence of a tangential torque rotates about an axis that is parallel to the wall without translation. For a particle convected in simple shear flow, minimum translational velocity is observed for no-slip surfaces. However, allowing for slip may either increase or decrease the particle angular velocity, and the dependence on the wall and particle slip coefficients is not necessarily monotonic.     

Multi‐linearity algorithm for wall slip in two‐dimensional gap flow

Wall slip has been observed in a micro/nanometer gap during the past few years. It is difficult to make a mathematical analysis for the hydrodynamics of the fluid flowing in a gap with wall slip because the fluid velocity at the liquid–solid interface is not known a priori. This difficulty is met especially in a two‐dimensional slip flow due to the non‐linearity of the slip control equation. In the present paper we developed a multi‐linearity method to approach the non‐linear control equation of the two‐dimensional slip gap flow. We used an amended polygon to approximate the circle yield (slip) boundary of surface shear stress. The numerical solution does not need an iterative process and can simultaneously give rise to fluid pressure distribution, wall slip velocity and surface shear stress. We analysed the squeeze film flow between two parallel discs and the hydrodynamics of a finite slider gap with wall slip. Our numerical solutions show that wall slip is first developed in the large pressure gradient zone, where a high surface shear stress is easily generated, and then the slip zone is enlarged with the increase in the shear rate. Wall slip dramatically affects generation of the hydrodynamic pressure. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

微注塑成型流动中熔体壁面滑移的研究

基于宏观熔体流动的基本理论及其流动过程中壁面滑移机理的分析,针对微注塑成型模具中熔体充模流动时的壁面滑移行为,建立了微小通道中高聚物熔体流动的壁面滑移理论模型。并用数值模拟方法,对不同滑移系数时微小通道中熔体的壁面滑移对流动速度、熔体压力等的影响进行了研究。结果表明,微小通道中的壁面滑移可使壁面处熔体的流动速度增加,压力损失减小,有利于熔体的充模流动。     

温度对磁流变液材料及传力性能的影响

针对不同温度下磁流变液的性能差异巨大,造成高温环境条件下磁流变液流变效应下降、剪切力变化不可控甚至传动装置传动失效等问题,分析了温度对磁流变液及其剪切应力的影响,在此基础上建立了磁流变传动装置的有限元模型对传动装置工作时的温度场进行分析。研究结果表明,温度对磁流变液的黏度有较大影响,进而影响磁流变液的流变特性和屈服应力;温度对磁流变液的力学性能影响明显,特别是在温度高于100℃后,材料在磁场下的成链受到显著影响,造成流变效应下降、剪切力变化不可控等问题;磁流变液工作时磁性颗粒间的滑差会造成磁流变液温度的显著升高。     

考虑壁面浸润性的光滑岩体微裂隙渗流特性数值模拟研究

在工程岩体中存在大量的微裂隙，由于隙宽尺寸微小，其壁面浸润性显著影响着流体在裂隙内的运动特性。为此，基于Shan-Chen伪势模型的格子Boltzmann方法，建立了光滑岩体微裂隙渗流的数值模型，并结合蒸汽中的悬浮液滴和壁面接触角的模拟，证明了该模型的有效性。最后，考虑壁面浸润性、裂隙隙宽、压力梯度及流体黏滞性等因素的影响，研究了重力驱动下光滑岩体微裂隙的渗流特性。研究结果表明:疏水壁面对附近流体的排斥作用产生加速效果，而亲水性壁面则产生阻碍作用，从总体变化趋势看，疏水壁面对微裂隙渗流的影响比亲水壁面更加显著。随着微裂隙隙宽的减小，其壁面浸润性对渗流流速的影响逐渐增大，且壁面亲/疏水性越强，隙宽对其渗流特性的影响越突出。裂隙的平均渗流流速随压力梯度的增加而增大，两者呈线性关系，且壁面疏水能力越强，其直线斜率越大。此外，流体的运动黏度越大，其流动阻力也越大，从而导致微裂隙渗流的平均流速越小，且流体的运动黏度与平均渗流流速呈反比例关系。     

面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

针对磁流变液阻尼器存在磁场利用率不高和磁流变液沉降导致控制特性劣化的问题,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器方案,将磁流变脂的多级径向流动分解为源流与汇流的对称组合,建立了磁流变脂径向流动的分析模型。利用磁流变脂微单元平衡得出了磁流变脂尊静态径向流动微分方程,采用磁流变脂双粘度本构模型和无滑动边界条件,导出了磁流变脂径向流动速度分布函数和径向压力梯度分布函数。绘制了磁流变脂在不同半径处流动速度分布图,得到了磁流变脂阻尼器的阻尼力计算方法。按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器样机,利用J95-I型油压减振器试验台对其示功特性进行了测试,结果表明在不同激励电流下的磁流变脂阻尼器理论示功特性与实验示功特性能较好吻合。     

磁流变阻尼器管道流动特性研究

磁流变阻尼器是一种应用广泛的磁流变器件,其利用磁流变液独特的磁流变效应的工作.然而,磁流变体阻尼器设计中,一般地将磁流变液作为粘性流体建立流动的力学模型,进行流动分析以及参数设计,这样设计的结果与实测出现了较大的误差.本文将磁流变体作为一种粘塑性流体,建立了描述磁流变液流动的力学场和电磁场耦合的流体动力学基本方程组,分析研究了磁流变阻尼器沿狭长管道流动的特征,为磁流变阻尼器的设计提供了可靠的理论基础.     

磁流变液及其阻尼器的制备与性能研究

研究了一种新型MR液和MR阻尼器;用振动样品磁强计测试了MPS-MRF-25羰基铁粉的磁性能;用磁流变仪测试了MR液的表观粘度和磁致剪切应力;用静置沉降法分析了MR液的抗沉降稳定性;用电液伺服材料性能试验机测试了MR阻尼器的性能.结果表明MPS-MRF-25羰基铁粉具有优良的磁性能;以其制备的MR液具有较好的抗沉降稳定性和温度稳定性;MR阻尼器在2A电流下可以达到15kN的阻尼力.