无磁场下磁流变液的温度特性及其幂律模型参数识别

磁流变液稳定工作的温度范围为-50~150℃,磁流变器件在工作过程中会发热,特别是连续高冲击工作情况下会严重发热,从而超出磁流变液稳定工作温度范围,影响磁流变器件工作的可靠性。针对美国Load公司的MRF132磁流变液,研究了不同温度下剪切应力与表观粘度随剪切速率的变化,并利用Origin软件分别对不同温度下磁流变液剪切速率与剪切应力进行幂律模型曲线拟合和参数识别。研究表明,幂率模型能够较好地描述零磁场下磁流变液的力学特性,不同温度下对于所有的流动指数n都满足n<1,表明不同温度下磁流变液具有剪切稀化特性,此特性符合粘度特性曲线,该工作对磁流变液温度特性的深入研究提供理论依据。     

非均匀磁场中磁流变液剪切应力实验与分析

为探究磁流变器件失效机理,用两块C型电磁铁耦合建立非均匀磁场。基于提拉法原理设计磁流变液剪切应力测量装置,得到非均匀磁场中剪切应力曲线。对比基于静态匀强磁场的圆筒剪切模型剪切应力理论曲线,发现虽然两者整体趋势一致,但同等磁场强度下两者剪切应力值存在不同程度差异,同时发现电磁铁气隙磁场也存在非均匀性。上述结论说明静态匀强磁场磁流变液剪切特性理论并不能直接应用到非均匀磁场剪切应力计算中,可能的原因包括铁磁颗粒体积分数的分布不均等,需要后续探索。     

一种新型磁流变复合胶及其可控流变特性

以羰基铁粉为磁性颗粒、甲基硅油和明胶/琼脂胶溶胶溶液的复合物为基体及各种添加剂制备了多组类液态磁流变复合胶样品。利用流变仪分别在旋转剪切模式和振荡剪切模式下对样品进行流变特性试验研究。结果表明,基体胶质物的含量对其流变特性影响较大。基体胶质物含量越高,剪切屈服强度越大且最大为92.1k Pa;胶质物含量对磁流变复合胶的线性粘弹性范围几乎没有影响;胶质物含量越高,磁流变复合胶的剪切储能模量越大,且绝对模量最大变化可达2.526MPa;添加纳米Si O2能提高磁流变复合胶的剪切屈服应力且能拓宽磁流变复合胶在磁场下的可调范围。     

具有楔形间隙的圆筒式磁流变液离合器传动性能研究

针对传统的圆筒式磁流变液传动装置存在轴向长度过长且传递转矩较小的问题，提出一种具有楔形间隙的圆筒式磁流变液离合器。运用有限元法对装置进行磁场仿真，在相同输入电流下，分析不同截面下不同间隙厚度的磁场分布，得出磁流变液的剪切屈服应力。根据传动装置的结构特点和Bingham模型理论，基于计算流体动力学对楔形间隙内流场的速度、压力、黏度及剪切应力分布进行分析，得到传递转矩随结构和转速的变化。研究结果表明，磁流变液间隙差越大，该楔形间隙提供的转矩越大；同时，磁流变液在挤压强化后，剪切屈服应力显著增加；在磁感应强度为0.55 T，初始屈服应力为30 kPa的条件下，同转速60 rad/s下相较于传统圆筒式磁流变液离合器，传递转矩提升了约1.12倍。     

用不同载液制备的磁流变液及其性能

分别选择二甲基硅油、矿物油350N和合成基础油PAO10为载液制备磁流变液样品。用扫描电镜观察制备前、后磁性颗粒的微观结构。对三组样品的传动性能(沉降稳定性、零场粘度和剪切屈服应力)进行了测试和讨论。结果表明,磁流变液样品MRF-2、MRF-3的沉降速率均小于20%,励磁电流为2 A时,剪切屈服应力高于27 k Pa,具有较好的综合性能,满足传动用磁流变液的要求。     

磁流变液特性分析及实验研究

介绍了磁流变液这种智能材料的组成、特性及流变机理,综合分析和比较了磁流变液的几种本构模型.通过实验,对磁流变液的粘度特性和在磁场作用下的屈服应力进行了深入的研究.作为基础性研究,这些方面对磁流变液的工程应用有实际的参考价值.     

水基磁流变液的制备和性能

采用共溶胶-凝胶法对微米羰基铁粉进行了包覆和接枝的改性处理,以制备具有高稳定性的水基磁流变液,用于硅酸盐玻璃的磁流变抛光。对复合羰基铁粉的显微特征、磁性能、在水性体系中的抗氧化性能和水基磁流变液的零场粘度、磁致剪切强度等进行了分析和研究。结果表明,获得的复合羰基铁粉具有核-壳复合结构和亲水性表面基团,其磁性能与改性前相比无明显变化,但复合羰基铁粉在水性体系中的抗氧化性能显著提高;制得的水基磁流变液在无磁场作用时为具有触变性和剪切稀化特征的非牛顿型流体,其剪切稀化指数n=0.144,在剪切率为10s-1时零场粘度约为250mPa.s,其磁致剪切强度在磁感应强度为0.5T时可达到40kPa以上。     

磁场作用下磁流变液的流变行为

制备了羰基铁粉为磁性颗粒的水基磁流变液。分别测定了该磁流变液磁场作用下的流变行为及零场流变行为,并采用Bingham模型和Casson模型及剪切稀化关系对获得的流变行为进行了拟合计算,探讨了磁流变液的剪切屈服强度和磁场强度之间的响应关系。研究表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为;磁场作用下,磁流变液的剪切应力和表观粘度显著增高,剪切屈服强度从约2Pa增大到约80kPa;剪切率为50s-1时的表观粘度从约64mPa.s增加到约1600Pa.s;该磁流变液的剪切屈服强度与磁场强度之间存在指数关系,其值约为1.7~1.8。     

复合场下磁流变液层间剪切屈服特性研究

为了研究磁流变液在磁场、温度场共同作用下层间剪切屈服特性,考虑磁化饱和程度以及局部磁场聚集效应的影响,结合经典偶极子和局部场偶极子理论模型,建立了新型颗粒间作用力计算模型—偶极子边界理论模型,理论分析了偶极子边界中颗粒链之间的相互作用力以及同一链中两相邻颗粒间作用力,并给出作用力的数学表达式,搭建了基于线圈外置的圆盘式传动结构的测量装置,通过实验研究验证理论的正确性。结果表明偶极子边界模型计算误差比经典偶极子理论模型和局部场偶极子理论模型小,弱磁场作用下,偶极子边界理论模型计算所得剪切屈服应力结果与实验值的偏差最小,在-1.5%~1%之间;在强磁场作用下,由偶极子边界理论模型计算所得结果与实验值的偏差最小,在-0.4%~0.2%之间。     

圆筒剪切模型中磁流变液的流变特性研究

为了研究磁流变液在圆筒剪切模型中的流变特性,建立了以圆筒剪切模型为基础的实验装置。首先,通过理论分析得到了磁流变液在圆筒剪切模型中的层间传力模型,切应力和剪切速率测量方法。其次,通过ANSYS对圆筒剪切模型中磁流变液的磁场强度进行了仿真模拟,并以实验测量验证,得到了磁场强度分布。最后以理论分析为基础,通过实验测量得到了切应力与剪切速率和磁场强度之间的关系,并得到了拟合公式。实验表明,磁流变液流切应力与磁场强度的比值为0.162k Pa/m T,与剪切度率的比值为0.00026k Pa·s,磁场强度的增强能够较大地提升磁流变液的工作能力。     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。     

切应力下液膜线性稳定性分析

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响产生波动，液膜表面的波动特性和力平衡关系基于液膜表面的力平衡方程和边界条件，建立了在切应力作用下表征沿倾斜壁面下降液膜流动特性的O-S方程。结合切应力作用下液膜的流动状态，分析了表面波扰动在初发时刻的不稳定性，并着重描述引发不稳定性的各种物理原因。研究表明：表面张力和重力的横向分量为稳定性因素，重力的纵向分量为不稳定性因素。切应力对表面波的稳定性作用与气流方向和液膜的流动状态相关。     

切应力作用下的液膜稳定性分析

气液界面存在同向或反向切应力时，在一定程度上影响到液膜的水动力学特性和流动稳定性，并改变其热质传递特性。基于完整的边界条件，建立了切应力作用下沿倾斜壁面下降的液膜表面波的Orr-Sommerfeld方程。采用摄动方法求解出波速表达式，分析了切应力、雷诺数、波数、表面张力、倾角和温度等参数对液膜稳定性影响。研究表明：同向切应力为不稳定性因素，反向切应力的稳定性影响与第一和第二临界切应力有关；反向切应力使临界雷诺数增大，同向切应力使其减小；波数和流体温度对稳定性的影响与切应力的方向也密切相关。     

纳米Fe3O4对装甲车辆用磁流变液性能的影响

针对装甲车辆对磁流变液的特殊使用要求,制备了添加纳米Fe3O4的磁流变液。研究了纳米Fe3O4磁性颗粒含量对磁流变液性能的影响。结果表明,加入适量的纳米Fe3O4(如1%)不但可以提高磁流变液的剪切应力,降低磁流变液的零场粘度,同时可提高磁流变液的沉降稳定性。选取加入纳米Fe3O4量为5%的磁流变液进行试验研究,结果表明:低温条件下,磁流变液粘度变大,剪切应力增大;高温条件下,磁流变液粘度变小,剪切应力减小。耐久性试验表明经过6000km的工况后磁流变减振器阻尼力衰减不大,证明制备的磁流变液能较好满足装甲车辆的要求。     

一种确定水煤浆流变模型中临界剪切速率的新方法

水煤浆是一种高粘性、不透明的液固分散悬浮液,表现出非牛顿特性,其流变特性十分复杂.在低剪切速率下,时水煤浆粘度测量发现剪切速率与剪切应力关系曲线的变化趋势突变.根据Herschel-Bulkley模型,运用一种新方法确定水煤浆的临界剪切速率,结合旋转粘度计法和管流法在广范围剪切速率下得出水煤浆的真实流变方程.     

膨胀土两种不同条件下抗剪强度比较

本文利用直剪仪对安康膨胀土进行了直接剪切试验和增湿剪切试验,并对试验结果进行了比较.试验和对比结果表明,膨胀土的极限剪应力、凝聚力和摩擦角都随着含水率的增大而减小;增湿剪切试验在相同固结压力下随着含水率的增加试破坏时的剪应力值比直剪试验破坏时的剪应力值小的越多,含水率越小,两种剪切试样的破坏剪应力值差别越小;先浸水后剪切(相同含水率直剪试验)与先剪切后浸水(增湿剪切试验)所得强度值相差甚远;在增湿过程中的凝聚力内摩擦角都随着含水率的增加而减小,并具有较好的线性关系.