温度对磁流变液流变性能的影响研究

为了保证磁流变液的可靠应用,采用实验方法,系统研究了温度对磁流变液流变性能的影响,分析了磁流变液的热沉降稳定性、热磁化强度、热表观粘度、热膨胀性以及热屈服应力,研究表明,温度对磁流变液流变特性均存在一定影响,在120℃时,其稳定沉降率较室温增加11%;在100℃以内,热磁化强度变化较小,而在300℃时热磁化强度降低16%;其表观粘度变化规律与基载液的粘温特性密切相关;在220℃时磁流变液热膨胀率达到18%,热膨胀率较高;温度升高,其剪切屈服应力变化显著,220℃时较室温剪切屈服应力降低了15%。     

电场磁场对电流变液体减振器性能影响的研究

由于电流变液和磁流变液具有良好的可控性能和力学性能而在工程上具有广阔的应用前景.本文将其用于环形间隙通道外置的双缸电流变液体减振器.同时,对电流变液减振器在同时外加电场和垂直磁场作用下阻尼力的变化进行了理论研究和台架实验研究.结果表明,在外加电场和垂直磁场作用下,电流变效应得到加强,改善了减振器的示功特性.     

多极式磁流变离合器温度场仿真与实验研究

针对磁流变离合器在滑差工作时因内部热量聚集而造成传递力矩下降甚至磁流变液失效的问题,采用仿真与实验相结合的方法对一种励磁线圈与永磁体相叠加的多极式磁流变离合器的温度分布特性进行研究。首先,分析了多极式磁流变离合器的热量来源,并建立了其温度场数学模型。然后,利用有限元模拟方法对多极式磁流变离合器在自然散热与强制风冷散热条件下的温度场进行了仿真分析。最后,通过搭建多极式磁流变离合器实验平台开展了温度特性测试实验。结果表明：多极式磁流变离合器在自然散热条件下连续滑差运行时,允许的最大滑差功率为160~170 W;在强制风冷散热条件下连续滑差运行时,允许的最大滑差功率为730~830 W;若瞬时滑差功率为3 000 W,则在磁流变液不失效的情况下允许的滑差时间为280 s。无论是瞬态还是稳态工况,多极式磁流变离合器的最低温度均出现在远离外壳体的动力输入盘轴端处,最高温度出现在第2个磁流变液工作间隙处。当采用强制风冷散热方式时,多极式磁流变离合器的温升速度降低,从而可延长其滑差运行时间。研究结果为磁流变装置的温度分布特性研究提供了理论参考。     

磁流变脂材料及其应用研究进展

智能材料是指在磁场、电场、应力等环境变量作用下性能可控的新型功能材料,是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料.磁流变材料是一种重要的场响应型智能材料,主要成分为磁性颗粒和非磁性基载液,其物理和流变特性受磁场影响,并且具有优异的可控性,这种特性使磁流变材料受到学者的广泛关注,在科学与工程领域拥有良好的应用前景.近年来出现的磁流变材料包括磁流变液、磁流变脂和磁流变弹性体等,目前磁流变液的研究与应用较为广泛,磁流变液可通过外部磁场进行调控,流变性质在几个数量级上表现出阶跃性和可调性的变化,可以在几毫秒内从类流体转变为类固体状态.在零磁场强度下,磁流变液的行为类似于非牛顿流体,具体特性取决于磁流变液的自身组分,通常表现出具有屈服应力的宾汉塑性流体行为.磁流变液可以在阻尼器、减震器和离合器等领域提供半主动控制,但沉降问题一直制约着磁流变液的发展.磁流变脂以润滑脂为基载液,润滑脂的特殊结构能够有效改善磁流体的沉降稳定性,因此在磁流变器件应用领域展现出显著优势.本文从磁流变脂制备、流变特性、磁流变脂器件及其潜在应用这四个方面综述了磁流变脂材料及其应用研究进展,针对磁流变脂的材料特性和实际应用展开讨论,与磁流变液进行相应的比较,并对磁流变脂作为润滑材料的发展趋势进行了展望.     

磁流变液润滑浮环轴承及其在转子振动控制中的应用

利用自制磁流变液及其可控简单、成本低等优点,提出了一种使用磁流变液润滑的可控浮环轴承。采用Herschel-Bulkley模型对包含剪切稀化效应的磁流变液剪切特性进行了建模;通过自制的磁流变仪测试系统测试并识别了所制磁流变液的模型参数;利用识别的参数分析了磁流变液润滑浮环轴承的动态特性及可控性;分析了采用此种轴承的转子系统的抑振效果。结果表明,磁流变液润滑浮环轴承在外加磁场后有较好的振动抑制作用。同时,相较于磁流变液润滑普通滑动轴承,磁流变液润滑浮环轴承有更好的抑振效果,且减小了轴颈摩擦力矩,降低了摩擦功耗。     

壁面特征对磁流变液传力性能的影响

为了保证磁流变传动装置的动力传递效果,采用实验方法,分析了不同壁面材料、表面粗糙度大小、壁面形貌、滑差转速及工作间隙对磁流变传力性能的影响规律。研究表明壁面材料对磁流变液动力传递效果影响较为明显,材料磁导率越低,传递转矩越小,容易发生壁面滑移现象;壁面形貌亦为影响传力效果的主要因素,凹凸同心圆表面减弱了磁流变液的传力性能;高滑差转速时,磁流变液颗粒成链较为复杂,其传递转矩随滑差转速的增加而逐渐降低,而工作间距对其传力性能影响不大。     

磁流变液温度特性研究

主要配制了温度稳定性能优异的磁流变液,并分析温度对磁流变液悬浮相、载液和添加剂的影响,研究了磁流变液的粘度-温度特性,该磁流变液在20～100℃温度范围内粘度稳定性能优良.测试了该磁流变液的阻尼器在不同温度下施加不同电流时的阻尼力特性,并初步探讨了磁流变液阻尼力的温度衰减性能.     

磁流变式调谐液柱阻尼器对地震作用的控制研究

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是在调谐液柱阻尼器(TLCD)基础上发展的一种新型减振装置.建立了MR-TLCD数学模型,采用了等效阻尼线性化处理方法,分析了地震作用下对不同质量比、频率比以及可调控制剪切力等参数变化下对减振效果的影响.结果证明,磁流变式调谐液柱阻尼器对地震作用下单自由振动控制具有良好的控制效果.     

磁流变液流变机理的三维动态仿真分析

针对磁流变液(MRF)的流变机理不明和剪切致稀原因不清的问题,分析磁流变液中软磁性颗粒的受力特点,建立偶极子微观力学模型和三维动态仿真模型,进行磁流变液成链过程与剪切过程的三维动态模拟以及响应时间的仿真分析,直观而形象地描述磁流变液的流变机理和剪切致稀现象形成的原因。仿真结果表明:在剪切作用下,链状结构的破裂是导致剪切致稀的主要原因;磁流变液的响应时间与铁磁颗粒的体积分数成反比。     

基于弹性胶泥的新型高性能可压缩磁流变液

使用基于高粘度(≥200 Pa·s)线性聚硅氧烷的弹性胶泥作为磁流变液的载体液,研制了一类主要用于重型设备减振的新型磁流变材料——磁流变弹性胶泥。合成了三种粘度的弹性胶泥,并制备了相应的磁流变弹性胶泥样品。用傅立叶变换红外光谱技术对弹性胶泥样品进行了检测,并研究了磁流变弹性胶泥的可压缩性。结果表明,所研制的磁流变弹性胶泥在30 d观测期内无明显沉降,表现出优异的磁流变效应(磁通密度为0.54 T时基于800 Pa·s,60%质量分数样品的剪切屈服应力约为120 k Pa,零场时的15.4倍,甚至在高磁场下超过了流变化的初测试极限)。在流变曲线上首次发现一种特殊的"V形槽磁流变效应",从弹性胶泥特殊螺旋高分子链结构角度分析了其机理及其对磁流变弹性胶泥性能的影响。     

聚吡咯的合成及电流变性能的研究

以有机半导体聚吡咯为分散相 ,制备了均相电流变流体 (ER流体 ) ,测试了它在电场下表观粘度、剪切应力等流变学性质的变化。结果表明 ,以 1 溴萘为分散介质的电流变流体在 3kV mm的电场中 ,剪切速率为 12s- 1 时 ,剪切应力达到最大值 10 0 0Pa。剪切应力和表观粘度随温度升高而下降 ,在 5 0℃时 ,最高剪切应力只有 36 0Pa ,而在常温同等条件下 ,剪切应力有 70 0Pa     

Rheological Characterization of MR Polishing Fluid Used for Silicon Polishing in BEMRF Process

The finishing mechanism of the ball-end magnetorheological finishing (BEMRF) process mainly depends on the stiffened hemispheroid, which is formed at the tool tip. Magnetorheological (MR) polishing fluid imparts strength to the polishing spot because of the effect of magnetic field strength. Behavior of this polishing fluid mainly depends on the size and shape of its constituents, volume concentration, particle size distribution, and applied magnetic field strength. A detailed study was undertaken on the role of carbonyl iron particle (CIP) size on the rheological behavior of the MR polishing fluid under various magnetic flux densities. Evaluation of the behavior of MR polishing fluid for silicon polishing was attempted through designing and fabrication of a parallel-plate magnetorheometer. Rheological characterization study was carried out using the Casson fluid model and the MR polishing fluid rheological properties, namely field-induced yield stress and shear viscosity were evaluated.     

全同聚1-丁烯/低密度聚乙烯共混体系的流变性能

采用双毛细管流变仪研究了全同聚1-丁烯/低密度聚乙烯(iPB/LDPE)共混体系的流变性能。结果表明,随着iPB用量的增加,共混熔体的剪切黏度呈先下降后上升的趋势;iPB/LDPE共混熔体在剪切速率为100 s-1~1000 s-1时,为假塑性流体,且随着iPB含量增加和温度升高,其非牛顿性增大;共混体系的表观黏度随剪切速率和剪切应力的增大、温度的升高而减小;粘流活化能随剪切速率的增大呈逐渐减小的趋势。     

圆筒式磁流变离合器的设计分析

磁流变离合器是通过磁流变液的剪切应力传递转矩的器件.本文建立了圆筒式磁流变离合器的几何设计方法,得到了磁流变液传递的转矩和两圆筒间能产生磁流变效应的最小间隙的设计计算公式,为离合器的几何设计奠定了理论基础.研究结果表明:转矩可由外加磁场连续控制;选择磁饱和时高屈服应力和零磁场时低粘度的磁流变液材料,能使设计的离合器的尺寸小而紧凑.     

基于圆筒剪切模式的磁流变脂流变学特性检测方法与装置

针对现有测试装置剪切率低且难以使磁流变脂达到磁饱和的问题,提出了一种基于同心圆筒双边剪切模式的磁流变脂流变学特性检测方法,分析了剪切通道中磁流变脂在转子作用下的剪切流动特性与剪切应力分布,建立了磁流变脂传递力矩与剪切应力的理论关系,得出了由传递力矩导出标称剪切应力的近似算法;通过建立剪切率与剪切应力之间的函数关系,利用剪切通道中磁流变脂的平衡微分方程和流动边界条件,得出了由转子角速度导出磁流变脂标称剪切率近似算法;通过实验方法研究了剪切通道平均磁通密度与励磁电流的关系;设计与制作了磁流变脂检测装置,并利用磁流变脂检测装置完成了某典型磁流变脂检测,使磁流变脂的剪切率达到2000s~(-1)、磁通密度超过0.6T,测试结果与其它检测装置检测结果能较好吻合.     

Magnetic composites of conducting polyaniline/nano-sized magnetite and their magnetorheology

Magnetorheological (MR) fluids, composed of colloidal particles dispersed in a carrier liquid, possess controllable rheological properties by an external magnetic field, showing dramatic changes of yield stress and shear viscosity caused by transformation between solid-like to liquid-like state. As a new MR material, we synthesized conducting polyaniline (PANI)/nano-sized Fe₃O₄ composites which could be adopted as a dispersed phase of MR fluids. Composites containing nano-sized Fe₃O₄ were synthesized via a chemical reaction method. Microstructure of the PANI/Fe₃O₄ composites was characterized by SEM and XRD. Magnetic property of the composites was characterized by VSM. Furthermore, MR fluid based on PANI/Fe₃O₄ composites was investigated using a rotational rheometer equipped with a magnetic field generator, exhibiting a typical MR performance of which shear stress of the fluids increased abruptly under magnetic fields.     

超临界流体辅助醋酸纤维素溶液加工的流变性能

为了改善二醋酸纤维素(CDA)加工的流变性能,采用超临界二氧化碳辅助CDA溶液单螺杆挤出加工,通过狭缝流变仪进行流变测试,研究了注入超临界二氧化碳和加工条件(挤出温度、溶剂含量)对CDA溶液流变行为的影响。结果表明,CDA溶液和CDA/CO_2溶液体系均是非牛顿假塑性流体;CDA溶液和CDA/CO_2溶液体系的剪切黏度随着挤出温度或溶剂量的增加而降低;注入超临界二氧化碳显著降低了CDA溶液的黏度、挤出温度、剪切黏度对温度的敏感程度、口模压力和溶剂量,提高CDA溶液的挤出流量和非牛顿指数。随着温度升高,6 r/min和8 r/min时CDA/CO_2溶液体系黏度下降值大,黏度降低值可以达到47.93%;同一溶剂含量下,6 r/min时注入超临界二氧化碳后CDA溶液黏度下降值较大,降低值可以达到48.10%。     

Temperature-dependent material properties of the components of magnetorheological fluids

Material properties of the components of magnetorheological (MR) fluids are critical to their control accuracy and service life. The aim of this study was to reveal the effects of temperature on the material properties of MR fluid components. In this paper, a detailed introduction to the components of MR fluids, including main performance indicators and commonly used materials, was presented at first. Then, theoretical analysis and experimental investigation were performed on the temperature-dependent material properties of MR fluid components. These material properties included the magnetization properties of the magnetic particle, as well as the shear viscosity and thermal expansion of the carrier fluid. Experimental results indicated that both the mass magnetization and coercivity of MR particles decreased as the temperature increased and the phenomenon was particularly obvious at high temperatures. Moreover, an increasing temperature could lead to a severe decrease of the shear viscosity and a relatively large thermal expansion of the carrier fluid. Research results from this study may serve to provide a theoretical and an experimental basis for the preparation of MR fluids with high thermal stability.     

MPE/LLDPE/LDPE共混熔体的流变学

研究了不同比例共混的茂金属聚乙烯（MPE），线性低密度聚乙烯（LLDPE）及高压聚乙烯（20％固定质量配比的LDPE）熔体的流变学行为，讨论了共混物组成，剪切速率和剪切应力以及温度对熔体流变曲线，熔体粘度和膨胀比的影响，为MPE的共混改性加工提供了理论依据，不同共混比的熔体均为假塑性流体，共混熔体的假塑性随LDPE／LLDPE的增多而增强，共混熔体的转变应力和非牛顿指数随LDPE／LLDPE的增加而降低，对加工的敏感性提高，加工性能得到改善。     

纳米纤维素对两性蠕虫胶束线性黏弹性的影响

对两性蠕虫胶束（Z-WLM）溶液添加不同类型纳米纤维素（NCs）后的耐温性能进行了研究,并通过线性流变学方法分析了不同浓度的NCs对Z-WLM的动态黏弹性、触变性、蠕变性等流变行为的影响。研究结果表明,质量分数为4wt%的芥酸酰胺丙基二甲基甜菜碱表面活性剂溶液可形成蠕虫胶束（WLM）结构,具有剪切稀释性、黏弹性、蠕变性及良好的触变回复性等特性。与其它类型NCs相比,长径比大、羧基含量高的NCs对WLM溶液拥有更好的增黏作用,同时可增加体系的松弛时间、弹性模量,延长其剪切黏度及动态模量触变回复时间,改善其蠕变回复性和耐温性,适用于70~100℃的中高温油藏增产作业使用。随着NCs添加量的增加,复合体系的黏弹性和蠕变回复性增强,触变回复性减弱。