纳米SiO2/黄原胶复合触变剂对磁流变液性能的影响

本工作利用黄原胶包覆改性纳米气相SiO_2颗粒,制备了纳米SiO_2/黄原胶复合触变剂,研究了复合触变剂对磁流变液流变性能、黏弹性和悬浮稳定性的影响。结果表明:黄原胶大分子在纳米SiO_2颗粒表面形成了稳定的有机包覆层,含有复合触变剂的磁流变液在磁场下表现出了较高的剪切应力和屈服应力。黏弹性测试结果表明,无场条件下磁流变液具有较宽的线性黏弹区,而在外磁场作用下,加入复合触变剂的磁流变液内部形成了更加牢固的磁致链束结构,流动点变大,变形耗能增加。通过自然沉降法对磁流变液的悬浮稳定性进行测试,结果发现添加复合触变剂的磁流变液悬浮稳定性得到了进一步提升。     

磁流变液微结构的实验观测

磁流变液(MRF)的力学性能与其微结构密切相关,而其微结构的形成与演化受多种因素的影响。研究了静磁场和剪切作用下磁流变液微结构的形成与演化。在静磁场作用下,分析了颗粒体积分数和磁感应强度对其微结构的影响;在剪切作用下,观测了微结构的动态演化过程。实验结果表明,在相同磁感应强度下,随着颗粒体积分数的增加,通链数目逐渐增多,孤立链减少,且由相互独立的单链转变为相互聚集的束链,在相同颗粒体积分数下,随着磁感应强度的增加,颗粒链的间距增大,链的聚合度明显提高;在剪切过程中,成功地捕捉到了磁流变液颗粒链从形成→拉伸→断裂→重组的动态演化过程,当该过程达到动态平衡时,为磁流变液提供了稳定的抵抗宏观剪切的能力。     

磁流变胶泥磁致流变学行为微观动力学模型研究

针对磁流变胶泥材料在外加磁场作用下悬浮相内磁相互作用机理和材料设计参数不确定的问题,根据磁流变材料微观偶极子理论,建立铁磁颗粒在磁场中的平板单链模型,结合链与磁场夹角之间满足指数分布的规律,得出了磁流变胶泥材料剪切屈服应力的理论表达式;根据磁流变胶泥材料的实验数据,对理论分析模型进行了修正,使模型能更好地预测不同影响因素下的剪切屈服应力值;对磁流变胶泥剪切屈服应力与铁磁颗粒、质量分数、基体粘度等因素进行分析,为高性能磁流变胶泥材料的设计、制备提供理论指导。     

磁场作用下磁流变液剪切性能的实验分析

本文研究了磁流变液的力学性能,制备了羰基铁粉体积分数为20%的硅油基磁流变液,观察了磁流变液在磁场作用下的微观变化,测试了磁流变液的剪切性能。实验表明,无磁场作用下,磁流变液为牛顿流体;在磁场作用下,随着剪切速率的增加,剪切应力趋于稳定,表观粘度呈现指数式下降,磁流变液具有剪切稀化效应,符合广义Bingham模型。磁流变液剪切应力和外加电流的依赖关系为:在电流较小时,剪切应力表现为指数增长,指数值约为1.5;随着外加电流的增大,剪切应力表现为线性增长,最终达到稳定值。     

磁流变液颗粒成链过程的理论和实验研究

通过计算机模拟及实验研究了磁流变液颗粒在渐变磁场作用下的成链过程。首先从理论上建立了磁流变液成链过程的物理模型,采用蒙特卡罗方法模拟了其在渐变磁场作用下成链的详细过程。其次,采用光学显微镜观察了磁流变液在渐变磁场作用下的成链过程。数值模拟和实验结果表明,在平行磁场中,当外部磁场为零时,磁流变液的磁性颗粒处于随机分布状态。随着磁场强度的增加,磁性颗粒产生磁团聚形成链状絮凝体,进而由二连体或三连体发展到多连体,甚至网状及柱状结构;在倾斜磁场中,磁流变液中的聚合链也同时旋转,磁性颗粒沿着磁场方向从小链逐渐增大到大链,最后全部沿着磁场方向呈链状或柱状排列。研究结果对优化磁流变液材料的配置和设计高性能磁流变液装置具有重要意义。     

静磁场下磁流变液微结构形态稳定性分析

作为磁偶极流体系统,磁流变液丰富的微结构形态及构成这些微结构的基本胞元决定了磁流变液在磁场-力场作用下的磁流变效应.对外加静磁场下具有单链、多链密排、正方、面心立方和体心立方胞元的微结构系统的磁势能进行了分析,结果表明具有体心立方胞元的微结构的平均磁势能较低,而具有正方胞元的微结构的平均磁势能较高.基于最小势能原理可知,静磁场下磁流变液中的颗粒容易形成具有体心立方胞元和多链密排胞元的微结构.     

基于分子动力学的磁流变液微观结构演化模拟与动态聚合分析

磁流变液优异的力学性能与高效的可控性能使其成为具有广阔应用前景的一类新型智能材料.针对磁流变液宏观力学性能与其微观结构行为的密切相关性,本工作采用分子动力学仿真软件LAMMPS开展了不同磁场强度和颗粒体积率下磁流变液的微观结构演化模拟,并在此基础上分析了磁流变液的宏观力学性能;进而通过对不同磁场强度、不同颗粒体积率和不同剪应变下磁流变液模拟微观结构的定性观察与定量分析,深入剖析了磁流变液微观结构的演化规律与链簇倾角的统计特性.本工作为进一步揭示磁流变液微观机理与宏观力学性能相关性、开展磁流变液材料及其组成构件的设计优化提供关键理论基础.     

水基磁流变液的制备及其性能研究

以经过表面处理的微米级羰基铁粉、亚微米级四氧化三铁粉末为悬浮相,去离子水为悬浮介质,加入适当的添加剂,通过一定的工艺制备出综合性能良好的水基磁流变液.研究了几种含有不同悬浮相粒子和不同添加剂的磁流变液的剪切性能和沉降稳定性能,分析了悬浮相的组成对磁流变液磁流变性能的影响以及添加剂对改善磁流变液抗沉降团聚稳定性的作用.     

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。     

考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型及试验验证

为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性。结果表明,考虑了磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型可以更加精确地预测磁流变液在不同磁感应强度下的剪切屈服应力,尤其是在低磁感应强度情况下可以改善现有微观力学模型放大了磁流变液剪切屈服应力的缺点。     

磁流变材料及其在振动控制中的应用

磁流变材料是由悬浮于载体液中的可磁化粒子构成,它是一种新型的智能材料,在建筑结构防震和机械振动控制领域有较大的应用前景。在外加磁场的作用下,磁流变装置能产生连续可控的阻尼力对振动系统的振动特性进行控制。对磁流变材料的发展及磁流烃装置在振动控制中的应用作了介绍,并讨论了发展趋势。     

聚丙烯酸对水基磁流变液稳定性的改良

以羰基铁粉为悬浮介质、水为分散介质的悬浮液中加入聚丙烯酸(PAA),分别测量不同条件下悬浮液的电泳淌度及吸光度随时间的变化.结果表明,磁性颗粒对聚丙烯酸分子的吸附,增加了其表面电势,颗粒之间的静电斥力阻碍了团聚的发生,提高了体系的抗团聚、抗沉降稳定性.同时也研究了pH值及PAA浓度对悬浮液稳定性的影响.     

Semi-active control of metal foam magnetorheological damper

A new type of foam metal magnetorheological damper is designed, and its performance in semi-active control is investigated. At first, magnetorheological fluid is stored in the pore of metal foam, and with the action of magnetic field, magnetorheological fluid is extracted from metal foam, and then fills up the shear gap to produce magnetorheological effect. The magnetic field density in the shear gap is studied by the software Ansys finite element method, the magnetic flux density in the working gap is obtained in the different exciting current. A testing rig, including the vibration generator, laser displacement sensor, proportion integration differentiation control and cantilever beam, is built to investigate the semi-active control performance of metal foam magnetorheological fluid damper. The result indicates that metal foam magnetorheological fluid damper has a good controllable damping property. When the exciting current is about compared with the vibration amplitude of cantilever beam magnetorheological fluid damper the vibration amplitude without foam metal magnetorheological fluid, the displacement of cantilever beam decreases by 44.4 %, which validates the semi-active control effect of the foam metal magnetorheological fluid damper.     

磁性粒子浓悬浮液体系中非磁性粒子的磁流变液性能增强效应

报导在磁性粗粒子浓悬浮液体系中,加入非磁性粒子对磁流变液性能的增强效应,以及增加体系的沉降稳定性,并简要讨论了这些添加物对磁流变液“相变”的影响。     

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.     

磁流体阻尼器的动态特性研究

通过实验研究了磁流体的阻尼力特性，提出了基于粘性阻尼和回滞阻尼组成的迟滞阻尼力模型，并应用迭代摄动法分析了含有磁流体阻尼器梁结构的特征值谱．结果表明：磁流体阻尼力可以显著地减小系统的振动，迭代摄动法是研究含有磁流体阻尼力非线性方程的有效方法。     

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。     

重型车辆振动控制的先进座椅悬架设计

Vehicle seat suspension is one of the most effective ways to reduce vibration transmitted to driver body,in particular,for heavy duty vehicles which are often operated in harsh conditions.Most of the currently proposed active and semi-active seat suspensions use linear actuators to provide the required forces to reduce vibration,however,the cost is high and the structure is complex.In this talk,the active and semi-active seat suspensions with rotary actuators are introduced to overcome the above mentioned problems.For the active seat suspension,different robust control strategies as well as friction estimation and compensation algorithms are developed and implemented.For the semi-active seat suspension,both rotary magnetorheological fluid damper based and rotary electromagnetic damper based schemes are developed,where the controllable electromagnetic damper based scheme has energy harvesting capability such that the energy consumption of the system can be further reduced.All the proposed schemes are experimentally validated.The experimental results show that the proposed seat suspensions are very practical for real applications due to their low cost,simple structure,and high effectiveness.     

Study of superhydrophobic surface in self-cleaning of magnetorheological fluid

Magnetorheological (MR) fluid is a well-established controllable smart material for fabricating electromagnetic functional components and for magnetorheological finishing. However, the water and labor consumption in cleaning work could seriously reduce its efficiency. Superhydrophobic surface has been widely used in self-cleaning applications owing to its excellent anti-wetting property. In this work, superhydrophobic surface was adopted to prevent the microparticles from adhering to the solid surface, in order to realize the easy washing of MR fluid. The superhydrophobic surface showed water-repellency when MR fluid contact angles exceeded 150°. The bouncing phenomena of the MR fluid were observed even though the carbonyl iron powders concentration was up to 70 vol%. Additionally, the mechanical durability and robustness of prepared surface were satisfactory during the sandpaper polishing process and MR fluid wear tests. Moreover, excellent self-cleaning properties can be obtained by changing micropowders scale from millimeter to nanometer and MR fluid—a complex suspension system. The superhydrophobic surface is expected to be an adaptable and efficient method for reducing human labor and saving water during the cleaning of MR fluid, and may have potential of applications in the precise analysis of complex suspensions.     

铁/蛋白质复合微粒的结构及其磁流变性能

磁流变液由于其具有较强的剪切应力而受到广泛重视。磁流变液最突出的问题之一是重力作用下的沉降。本文作者报道蛋白铁磁流变液的制备及蛋白铁表面结构的XRD,TEM,IR检测和磁流变性能、温度效应、沉降稳定性。结果表明,蛋白铁实为晶体态α-Fe和非晶质蛋白质的复合物。蛋白铁磁流变液具有良好的磁流变效应,且沉降稳定性大大优于一般羰基铁磁流变液。