环带磁场在磁流变抛光技术中的应用

磁流变抛光是获得光滑光学表面的理想工艺之一.为了获得一种可用于磁流变抛光中的环形磁场,设计了一种新型的环带式磁场结构,并对其进行模拟与分析,利用该磁场结构构造了一种面接触式的磁流变抛光设备.实际测量证明该磁场结构可形成满足磁流变抛光要求的高梯度磁场.将环形磁极浸入磁流变抛光液中,可使其形成圆环状的Bingham凸起;利用它对K9玻璃进行抛光,可使其表面粗糙度达到约为1 nm的水平.     

Rheological properties of magnetorheological fluid prepared by gelatin-carbonyl iron composite particles

Gelatin — carbonyl iron composite particle was prepared by micro emulsion method. The analysis of scanning electron microscope(SEM) shows that the ultrafine particles are spheroids coated by gelatin, and the average sizes of particles are 3 – 10 μm. The specific saturation magnetization σ_s is 130.9 A · m²/kg, coercivity H _c is 0.823 A/m, and residual magnetism r is 4.98 Am²/kg for the composite particles. It is shown that the particles possess properties of soft magnetic. The yield stress of magnetorheological fluid (MRF) with composite particle reaches 70 kPa at 0.5 T magnetic induction. Magnetorheological effects are superior in lower magnetic field intensity and the subsidence stability of the MRF is excellent compared with pure carbonyl iron powder.     

磁场强度对磁流变抛光表面粗糙度的影响

在自制的磁流变抛光实验装置中,通过被加工零件和Bingham凸起相对运动产生的剪切力来实现抛光.在该装置上进行工艺实验,研究了磁流变抛光技术中磁场对表面粗糙度的影响.比较了不同磁场强度下的磁流变抛光情况,以及表面粗糙度和抛光效率的差别,然后,通过采用不同磁场强度组合加工,使初始表面粗糙度(Ra)为400 nm的K9玻璃材料的平面,磁流变抛光30 min,表面粗糙度值达到了0.86 nm,提高了被加工零件的抛光效率和表面质量.     

拉应力对不同厚度Q345钢磁记忆信号的影响

为明确磁记忆信号与拉应力之间的对应关系和几何尺寸对试件表面磁场的影响,对Q345低合金钢不同厚度板状试件进行静载拉伸实验.利用TSC-1M-4型磁检测仪,研究3种厚度的光滑试件表面磁记忆信号在不同拉应力下的变化规律.结果表明:弹性阶段磁记忆信号与拉应力之间有较好的相关性,塑性阶段两者相关性较弱;切向磁记忆信号对试件局部屈服的表征比法向磁记忆信号更敏感,利用切向磁场的畸变性可预判试件的早期塑性变形和应力集中区;同一应力水平下,试件表面磁场强度随厚度增加而减小,但不影响其变化规律.     

基于磁流变液的磁流变阀设计与研究

阐述了磁流变液的流变特性,分析了磁流变阀的结构及其性能影响因素.依据磁流变液的流变特性,设计了一种工作间隙中置的磁流变阀,并对其性能特性进行了研究.研究表明:磁流变液、磁场、磁流变阀的材料和结构是磁流变阀性能的主要影响因素.在电流一定的条件下,工作间隙中置的磁流变阀可使其工作间隙内的磁流变液产生较高的屈服应力,可有效提高磁流变阀的性能     

Experimental Study on Electrorheological Performance of a Composite Material

By using SrTiO3/PANI as a dispersed phase and silicone oil as a dispersion medium,the rheological characteristic of the dispersion medium under an electric field and the ERF performances of the mixture of Sr-TiO3/PANI composite particles and silicone oil under different dispersed phase consistencies and diffetent medium viscosities have been investigated.The measurements of the rheological characteristic,that is the shear stress of ERF,under shearing flow were performed with a Couette-type theometer manufactured by HAAKE.It is proved that the rheological characteristic of the dispersion medium follows Newtonian fluid viscosity law and the ERF rheological characteristic of the mixture of the dispersion medium and dispersed phase obeys Bingham fluid model under electric field.The experimental result shows that the effects of different phase consistencies and different dispersion medium viscosities on ERF perfomances are great.The testing expressions of shear stress vs.electric field under different conditions have been obtained by oplynomial fit,which is the theory foundation of application in engineering.     

高应力下砂土与结构界面单剪试验研究

利用改装自RMT-150B试验系统的单剪试验仪进行饱和砂土与结构界面单剪试验,研究高应力条件下界面本构模型及界面剪切刚度变化趋势,为高应力状态下涉及到界面力学问题的工程设计、计算提供理论依据。试验中,首先对剪切盒中的砂土进行固结,然后法向应力恒定在高应力水平上开始界面剪切,并记录试验数据,剪切时保证砂土能相对自由的变形。试验结果表明：高应力下界面剪应力剪切位移关系曲线呈现非线性弹性一理想塑性特征,不同于直剪试验条件下二者呈现的双曲线关系;三参数威布尔分布曲线能克服NEPP模型中双曲线的缺陷,其取代双曲线形成新的非线性弹性理想塑性模型能更好地拟合试验数据。界面初始剪切刚度的回归结果表明,相对于幂函数,线性函数更适合描述界面初始剪切刚度同法向应力之间的关系。基于新的界面模型给出了界面切线剪切刚度的公式,同时比较了2种模型的界面切线剪切刚度随剪切位移的变化趋势。     

高应力下接触面抗剪特性影响因素分析

通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的建筑砂、标准砂、粉土和粘土与砼、金属光滑、金属粗糙界面的正交直接剪切试验研究表明 :高应力作用下土体与刚度较大的界面的剪切应力 剪切位移曲线呈现出应变硬化的特征 ,与低应力作用下土与不同结构剪切特性存在明显的区别 .根据试验数据的方差分析和直观分析结果 :对于残余强度 ,法向应力的大小是第一影响因素 ,其次是土体的性质 ,第三是界面的基底性质 ,剪切速率的影响最小 ;对于剪切应力 -剪切位移曲线起始切线斜率 ,法向应力的大小、土体的性质是主要影响因素 ,第三是界面的基底性质 ,剪切速率的影响最小 .总的来看 ,影响高应力下接触面抗剪特性的主要影响因素是法向应力的大小 ,土体的性质是其次 ,剪切速率和基底性质的影响可以不予考虑 .     

外加磁场对油气管线微生物腐蚀的影响

采用微生物方法研究了硫酸盐还原菌(SRB)在不同磁感应强度下的生长情况,利用失重法计算了不同磁感应强度下X100钢在含有SRB的土壤模拟溶液中的腐蚀速率。研究发现,磁场可以抑制SRB的生长,且磁感应强度越强抑制作用越大;磁场可以抑制X100钢的微生物腐蚀速率,腐蚀速率随磁感应强度的增加呈先减小后增大的态势;磁感应强度为5mT时,腐蚀速率最小。简述了静磁场对微生物存活率和金属腐蚀速率的影响,并提出了利用磁场抑制管道微生物腐蚀的新设想。     

磁场强度对Sn-9Zn钎料合金组织性能影响

运用X射线衍射仪、Leica显微镜、显微硬度计等仪器设备,研究不同磁场强度作用对Sn-9Zn钎料 合金组织性能影响。研究结果表明,外加磁场作用可促进Sn-9Zn钎料合金显微组织细化,但并不改变钎料合金的 物相,钎料合金的润湿性能随磁场强度增强而增加,同时Sn-9Zn钎料合金的显微硬度也随着磁场强度增强而增 大,其中磁场强度为0.5T时,Sn-9Zn钎料的显微硬度为22.9MPa,与未加磁场相比,钎料显微硬度提高13.2%。     

基于弱磁效应的管道应力检测技术

应力集中是造成铁磁性金属管道破坏的主要原因，通过应力的有效检测，可对金属管道的使用状态进行预判，有效保障设备的使用安全。利用铁磁材料能量平衡理论，对应力作用下的材料弱磁效应进行了分析；通过基于金属能带理论的仿真软件建立铁磁材料三维仿真模型，计算了拉应力作用下体系的磁效应特征；设计制作基于差动对称结构的微弱磁场检测传感器，通过基于弱磁传感器的应力检测系统对不同类型的管道应力集中状态进行检测，并利用其他应力检测手段对应力集中情况进行了验证。结果表明，弱磁传感器可有效检测管道表面的弱磁场信号；在应力集中区，弱磁场信号表现出剧烈的波动特征；各种检测手段均验证了弱磁应力检测的有效性，弱磁应力检测技术可有效检测由缺陷或变形等导致的管道应力集中。     

渗透水压下岩体多裂纹相互作用的计算

根据断裂力学理论,建立渗透水压下多裂隙岩体的力学模型,运用叠加原理,推导远场应力和裂隙水压力共同作用下的多裂纹尖端应力强度因子的计算公式,并在此基础上探讨了近置多裂纹间的相互影响。计算结果表明,如果裂纹之间间距较小,裂纹的相互作用对裂纹尖端处的应力场影响较大,根据裂纹的相对几何位置和裂纹倾角变化,进行不同叠加后的应力场可产生2种效应,应力强度影响加强区与应力强度影响减弱区,当相邻裂纹尖端处于加强区时,该裂纹的应力强度因子将会变大,反之则变小。考虑裂纹间的相互作用与裂纹间的相对距离有关,随着裂纹间距的增大,计算所得出的应力强度因子值都趋于一个定值,该值为不考虑相邻裂纹的影响,计算单一裂纹所得到的应力强度因子值,即当裂纹间距〉裂纹长度时,可以忽略邻近裂纹的相互作用对裂纹尖端应力场的影响。同时,裂隙渗透压的存在,显著影响裂纹尖端的应力场,各条裂纹尖端KI随着渗透压的增大而增加（使-KI逐渐减小）,这表明渗透压抵消了一部分裂纹表面正应力。     

高应力下粗砂与混凝土接触面剪切特性影响因素试验研究

利用改装自RMT-150B的直剪试验仪在不同法向应力下进行了含水量为0%、8%、16%、24%的粗砂与具有4种不同粗糙度、强度混凝土基底的接触面直剪试验。试验结果表明：当法向应力等于2 MPa时,随接触面粗糙度的增加,达到极限抗剪强度的剪切位移先增加后减小;当法向应力大于2 MPa时,达到极限剪切强度的剪切位移基本不再随接触面粗糙度而变化;在法向应力相同的情况下,干砂初始抗剪刚度较湿砂大。依据试验数据回归分析可知：高应力直剪条件下,粗砂与混凝土接触面的剪应力剪切位移关系可用双曲线模型描述。直观分析结果表明：极限抗剪强度受法向应力影响最大,且与应力呈线性相关,其次为接触面粗糙度,含水量的影响略高于混凝土界面强度;初始抗剪刚度随法向应力、接触面粗糙度、基底硬度的增大而增大,接触面初始剪切刚度所受因素影响从大到小依次为法向应力、含水量、接触面粗糙度、基底硬度;颗粒相对破碎受法向应力影响最大,其次为含水量,再次为基底硬度,接触面粗糙度影响最小,并且颗粒相对破碎随法向应力增达而增大,随混凝土粗糙度与基底硬度的增大而减小,随含水量增加存在破碎的破碎峰值。     

弱磁场对去离子水及蔗糖溶液过冷过程的影响

为了研究溶液过冷度和过冷时间在磁场作用下的变化规律,研究了弱直流磁场作用下去离子水和蔗糖溶液的过冷现象。采用亥姆霍兹线圈产生匀强磁场,线圈连接到可以改变输出电流值的直流电源上,从而可以控制磁场强度的大小。研究去离子水以及4种不同质量分数的蔗糖溶液(ω₁=2%、ω₂=5%、ω₃=8%、ω₄=10%)在直流磁场作用下的过冷度及过冷态时间的变化,在冷却和冻结过程中记录溶液温度和时间。结果表明:对于去离子水,直流磁场会提高过冷度,过冷时间会有所延长;而对于蔗糖溶液,不同强度的直流磁场对不同质量分数的蔗糖溶液过冷过程的影响呈现多极值现象。该试验结果可以为磁场应用于控制溶液的冷冻干燥过程提供指导。     

平面裂纹变形扰动磁场的解析解

基于磁弹性耦合问题的线性化理论,采用Fourier变换方法对含内部中心裂纹的无限大板在外力和磁场共同作用下的变形扰动磁场进行了求解,得到了变形后扰动磁场的解析解.结果表明:变形扰动磁场场强与外力成正比;切向强度沿裂纹呈反对称分布,在裂纹上下表面产生突变;法向强度沿裂纹对称分布,在裂纹尖端产生奇点.     

Electro-rheological Effect of Barium Titanate Particles Coated with Urea and Suspended in Methyl Silicone Oil

Barium titanate nano-powders were synthesized under defined conditions.The surface of these particles was successfully modified by coating with urea.The characteristics of these composite particles were studied by X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy.The electro-rheological (ER) effects of these particles suspended in methyl-silicone oil were measured.The particle, methyl-silicon oil ratio was 30%-35% weight percent.The experimental results indicate that these ER particles exhibit a remarkable ER effect.The ER fluid shows Bingham characteristics and the static shearing stress increases with an increase of the electric field strength.The highest static shearing stress under a 4 MV/m electric field is 13.2 kPa at room temperature, an increase of about 8.7 kPa compared to untreated BaTiO(C2O4)2 powders.     

不同荷载与层间接触条件下沥青路面力学分析

利用BISAR 3.0程序,分析沪宁高速公路扩建工程的实体路面结构受力情况,得出不同荷载与层间接触条件下,路面结构拉应变、最大剪应力、竖向剪应力、拉应力的分布特征与变化规律,在此基础上,又分析了对路面使用性能的影响。结果表明：超载引起半刚性基层、沥青面层、底基层两个界面层间滑动,进而使整个路面结构受到破坏。     

外磁场激励下管道弱磁应力内检测特性研究

弱磁应力检测技术支持非接触在线应力损伤检测,在长输油气管道应力内检测技术领域具有巨大的应用潜力。但弱磁信号微弱,易受外界环境干扰,检测结果易出现偏差。为加强弱磁信号的检测能力,基于铁磁材料的微观特性,建立了外磁场弱磁应力检测模型,获得了弱磁信号强度随外磁场强度与施加应力的变化规律,描述了外磁场对弱磁应力检测信号的激励特性,并进行了系统的实验研究。结果表明,弱磁信号的切向峰值与法向零点均位于应力集中区的中心位置,且不随应力与外磁场的变化而发生波动;弱磁信号切向峰值与法向峰峰值随外磁场与应力的增加而增大;外磁场对弱磁应力检测信号的激励作用随外磁场的增加先增大后减小。     

新型装配式冰场受力性能试验与模拟分析

为在2022年冬奥会期间将国家游泳中心泳池场地改造为冰壶场地,结合临时场地的新型制冰方式,提出了一种全装配式的冰壶场地及支承结构体系的构造作法.对此装配式冰场进行了现场试验测试和有限元受力性能分析,研究了装配式冰场的自振频率和振型特点,分析了冰场在使用荷载作用下的整体变形和各组件的应力水平,探讨了极端荷载作用下冰面受力、变形及开裂等关键问题.研究表明,所提装配式冰场方案具有较大刚度和承载力,能够满足冬奥会冰壶比赛对冰面的要求；此类冰场宜使用轻型浇冰车作业,大型浇冰车轮压引起的弯矩和剪力作用下冰面存在开裂的可能.     

磁流变液控制阀控制性能研究

根据磁流变液的流变特性，设计了一种磁流变液控制阀。对该控制阀控制性能进行了研究，测试了压力差与外载、外加磁场的关系，并进行了数学建模，确定了该控制阀两端压力差与控制电流的关系，为实际应用打下了基础。