磁流变胶泥流变学特性测试装置研究

现有的商用磁流变仪不能满足磁流变胶泥高剪切率和高剪切应力测试的要求,对比设计了密闭圆筒剪切模式的磁流变胶泥流变特性测试装置。在完成总体结构设计的基础上,建立了剪切通道励磁磁路的分析模型,得出了剪切通道磁场强度与励磁电流的关系,并进行了有限元仿真验证。考虑转子与外筒存在倾斜,建立了磁流变胶泥转矩传递的力学模型,得到了转子与外筒倾斜角度与传递转矩误差的理论关系。完成了测量装置样机的制作,开展了磁流变胶泥流变学特性测试,在低剪切率下测量装置测试结果与安东帕流变仪测试结果能较好吻合。研究表明,测试装置能够实现25 000 s-1的高剪切率和200 k Pa的高剪切应力测试。     

冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学行为

传统力学模型很难准确预测冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学行为,关键原因之一是未考虑惯性效应和局部损耗、或仅考虑其一。针对此问题,从理论与试验上研究分别考虑惯性效应、局部损耗,以及两者同时作用下的环形通道磁流变缓冲器动力学行为。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型,考虑惯性效应,利用平均惯性效应法,推导出环形通道内磁流变液的平均加速度与活塞杆加速度之间的关系,建立包含惯性效应的HB-Inertia (HBI)模型;考虑局部损耗,利用流体力学的相关理论,建立包含局部损耗的HB-Minor Losses (HBM)模型;综合考虑惯性效应和局部损耗的影响,提出同时包含惯性效应和局部损耗的HB-Inertia-Minor Losses(HBIM)模型。设计并制作一对参数相同的磁流变缓冲器,搭建落锤式冲击试验平台,将该对磁流变缓冲器并联,测试不同冲击速度和电流下的动力学行为。试验结果显示所设计的磁流变缓冲器具有良好的控制效果,且最大缓冲力高达75 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBI和HBM模型与试验结果有一定差异,而HBIM模型与试验结果吻合较好,表明惯性效应和局部损耗对缓冲器的力学特性都有影响,其中局部损耗的影响更大。     

考虑边界滑移和惯性效应的磁流变液缓冲器特性分析

为满足某埋头弹火炮反后坐装置对不同弹种发射时的可调节适配性,并在满足最大后坐力的同时减小最大后坐位移,提出了一种基于多级环形通道的磁流变液缓冲器。利用有限元方法分析了缓冲器磁路,得出了阻尼通道平均磁感应强度与励磁电流的关系;利用安东帕流变仪测试数据,辨识了磁流变液在零磁场和磁场下的模型参数;建立阻尼通道中磁流变液的流动微分方程,在考虑惯性项和边界滑移条件下,得出了阻尼通道内磁流变液的流速分布特征,推导了缓冲器的阻尼力与活塞速度之间关系;根据理论研究结果,制作磁流变液缓冲器,构建了落锤冲击实验台,并进行不同冲击速度的冲击实验。研究表明：不同惯性效应和边界滑移条件下磁流变液流动速度分布规律相似,但流动速度峰值不同;边界滑移系数为0.000 1时磁流变液缓冲器的理论缓冲力与实验值接近;在冲击速度为1.55 m/s、电流从0 A变化到3 A时,缓冲力峰值增大了15 000 N;在冲击速度为1.90 m/s、电流从0 A变化到4 A时,缓冲力峰值增大了25 000 N.