介绍了一种专门用于磁流变液流变性能测试的装置,该装置能满足磁流变抛光中不同磁场方向下的剪切屈服应力的测量,并通过实验验证了该装置的可靠性。

为了研究磁性颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响,通过改变水溶液中聚乙烯醇的浓度来获取不同包覆厚度的磁性颗粒,以此配制磁流变液;对包覆颗粒的表面形貌、粒径及静磁性能进行表征,并测试不同包覆厚度的磁性颗粒制备的磁流变液的零场黏度、剪切屈服应力和沉降稳定性性能。结果表明颗粒包覆厚度对磁流变液的零场黏度影响不大,对剪切屈服应力影响作用由弱到强再减弱;包覆层厚度增大,大颗粒团聚物更易形成,导致磁流变液沉降稳定性降低。

利用自行研制的非均匀复合场（温度、磁场）下磁流变液剪切屈服应力实验装置,测试、研究了非均匀磁场、不同剪切速率下磁流变液剪切屈服应力的温度特性.结果表明,磁流变液在17-150℃温度范围内粘度温度性能稳定,剪切屈服应力-温度特性曲线在17℃和150℃时发生突变：在低于17℃时剪切屈服应力随着温度的上升而下降,17-150℃温度范围内剪切屈服应力近似不变,温度超过150℃时,磁流变液的剪切屈服应力随温度的升高而下降.

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。

为了揭示磁流变液宏观响应特性下的深层次物理背景,从而为研制高性能磁流变液提供指导,基于磁偶极子理论,结合铁磁颗粒的链化机理,提出了磁流变液双链密排微结构模型.在外加磁场下,当铁磁颗粒沿磁场方向形成链状结构后,通过考虑相邻链之间的影响,假定磁偶极子链发生剪切变形后的倾斜角度服从指数分布,从磁偶极子能量的角度推导了磁流变液双链密排微结构模型的剪切屈服应力公式.分析了磁感应强度、铁磁颗粒体积分数、铁磁颗粒尺寸以及颗粒包覆层厚度等主要影响因素与磁流变液剪切屈服应力的关系,并进行了试验验证.结果表明,该模型与试验结果吻合很好,可以反映各主要因素对磁流变液剪切屈服应力的影响.

磁流变液在零场时,符合牛顿流体的力学特征,在ANSYS中可用流体单元FLUID142模拟。而处于磁场作用下的磁流变液还呈现出一定的类固体特征,在ANSYS中尚无完全合适的单元进行模拟。本文提出一种在ANSYS中模拟磁流变液在屈服前阶段力学行为的方法,即重合单元法,主要思想是采用重合的两种单元分别模拟磁流变液的流体特性和粘弹性固体特性。以一磁流变液夹层简支梁为研究对象,采用本文提出的分析方法对其进行有限元计算,通过与文献[1]的理论分析及实验研究结果比较,本文方法所得结果与之相近,验证了本文有限元分析方法的有效性。在目前尚无完全合适单元模拟磁流变液的情况下,这种方法为带有磁流变液夹层(或磁流变阻尼器)的结构有限元分析提供了可行的途径,对以后开发相关的ANSYS单元,也有一定的借鉴作用。

为了提升磁流变液剪切屈服应力计算的准确性,课题组以麦克斯韦应力张量理论为基础,从微观角度考虑非线性磁化过程从而建立磁流变液链状模型。以MRF-122EG和MRF-132LD磁流变液2种液体样本为研究对象,通过ANSOFT软件进行磁场仿真并得出2种样品的屈服应力。结果显示:MRF-122EG、MRF-132DG样品的屈服应力与Lord公司提供的对应技术参数的最大相对误差分别约为6%和9%,属于实验允许的范围,说明该理论模型具有合理性。该研究也为磁流变液剪切屈服应力计算提供一种实用的方法。

基液是影响磁流变液性能的重要因素。与传统基液相比,离子液体的粘度适中、具有极性,能够作为制备新型磁流变液的基液。选用1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为基液,以羰基铁粉为分散相颗粒,制备颗粒体积分数为20%的磁流变液,并与传统硅油基磁流变液进行性能对比。流变学测试结果表明,在436 kA/m下离子液体基磁流变液的最高剪切屈服应力相较硅油基磁流变液提高了29%,离子液体基磁流变液具有更显著的磁流变效应。

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...

磁流变液剪切屈服应力是影响薄壁构件柔性装夹性能的重要指标,为提升磁流变液柔性夹具稳定可靠的装夹性能,通过试验对比方法,研究了添加剂、磁场强度、体积分数、温度等因素对水基和油基磁流变液剪切应力的影响。结果表明:对于油基磁流变液,硬脂酸添加剂能有效提高磁流变液的沉降性能;当磁场强度大于300mT时,硬脂酸添加剂使得磁流变液的剪切屈服应力有所下降;当磁场强度为600mT时,体积分数为40%的水基磁流变液的剪切屈服应力较油基磁流变液增大了37%;磁流变液的零磁场黏度和剪切应力与其体积分数呈正相关,磁场强度对磁流变液剪切应力的影响强于体积分数对磁流变液剪切应力的影响。体积分数为48%以上的油基磁流变液更适合用于薄壁构件的柔性夹具设计。