磁流变液中文名称为u-ids,缩写为MR。 中国研究人员有时将其称为磁流变液。 通常由基液、分散剂和活化剂三部分组成。 磁流变液的工程应用涵盖建筑结构、海洋平台、桥梁、高速汽车等领域。 尤其是其在先进汽车悬架系统领域的应用引起了国外研究人员的关注。
磁流变液通常由铁磁易磁化颗粒、母液油和稳定剂组成。 铁磁(软磁)固体颗粒有块状、棒状、纺锤状三种形状,密度为7~8g/cm3,球形颗粒半径为0.1~500μm[10]。 目前可用作磁流变液的铁磁固体颗粒为磁化饱和硬度较高的羟基铁粉、纯铁粉或铁合金。 由于甲基铁粉的饱和磁化硬度为2.15特斯拉,物理性能柔软,可压缩,材料成本低,易于购买,成为最常用的材料之一。 磁流变液的碱油(分散剂)通常为非磁性且性能良好的油,如矿物油、硅油、合成油等,它们必须具有低的零场粘度、较宽的温度稳定性、不污染环境等特点。 稳定剂用于减少或防止磁性颗粒沉降的形成。 由于磁性颗粒比重较大,容易沉淀或离心,需添加少量稳定剂。 磁流变流体的稳定性主要受两个因素的影响:一是颗粒的团聚,即颗粒相互聚集,产生大的团簇; 另一种是颗粒本身的沉降,即磁性颗粒随时间的沉淀。 这两种触发因素都可以通过添加剂或表面活性剂来缓解。 由超细石英粉生产的硅胶是一种典型的稳定剂。 这些颗粒具有很大的表面积。 每个颗粒都具有微孔疏松结构,可以吸收大量的水分。 通过这种结构可以负载磁性颗粒并使其分布均匀。 在碱液中。 另一方面,表面活性剂可以形成网络结构并吸附在磁性颗粒周围,从而缓解颗粒沉降。 稳定剂必须具有特殊的分子结构。 一端具有与磁性颗粒界面形成高亲和力的钉扎官能团,另一端需要具有适当厚度、易于分散在某种基液中的弹性官能团。
将这三种物质按一定比例混合均匀即可制得磁流变液。 好的磁流变液必须具备以下性能:(1)具有优良的磁化和退磁特性,保证磁流变液的磁流变效应是可逆的变化。 因此,这些流体的磁滞回线必须窄,内聚力小,磁导率大,特别是磁导率的初始值和最大值必须大; (2)应具有大的磁饱和特性,以利于最大可能的“磁流”通过漂浮液体的横截面,从而为颗粒提供尽可能多的能量; (3)能量损失小。 运行时所有损耗(如磁滞现象、涡流现象等)应很小; (4)应具有高度磁化和稳定的性能,这就要求磁流变液中强磁性颗粒的分布必须均匀,且分布率必须保持恒定。 改变; (5)应具有极高的“击穿磁场”,防止磁流变液被腐蚀而改变其性能; (6)在较宽的温度范围内应具有极高的稳定性,以保证磁流变液在正常工作水温范围内流变性能不会发生变化; (7)构成磁流变液的原材料应廉价而不是稀有。
目前,国际上关于磁流变流体材料的制备方法和工艺的报道较多。 中国科学院磁流变研究组陈祖耀、姜万全等人利用Y辐射技术形成半径为200 nm至5 μm的Co颗粒,并在表面复合了纳米尺寸的Co颗粒铁颗粒产生铁络合物,该铁络合物被制备为漂浮颗粒。 磁流变液。 在中科院旋转磁流变液测试系统上进行测试,结果表明剪切屈服挠度明显降低; 将半径为2.5μm至8μm的甲基铁粉分散在硅油中并用偶联剂进行预处理,提高液相和固相的相容性,可以有效避免颗粒沉淀磁力矩,磁流变液效果显着,并且具有更高的温度稳定性。 2002年,中国科学技术研究院磁流变课题组成功筛选制备出KDC-1磁流变液。 该样品具有稳定的实验室工艺,具有较大的剪切屈服硬度和沉降稳定性。 其主要热性能指标接近日本Lord公司的产品。 已完成KDC-1MRF向邻近三个研究所的小批量实验室规模供货,反馈良好。
磁流变效应可以根据磁畴理论来解释。 在磁流变液中,每个小颗粒都可以看作一个小磁极。 在这些极点中,相邻原子之间存在很强的交换耦合。 它将相邻原子的磁矩平行排列,产生自发磁化饱和区域,即磁畴。 当没有外部磁场时,每个磁畴中每个原子的磁矩取向是一致的,而不同磁畴的磁矩取向是不同的。 这些磁畴的排列使每个粒子处于最小能量的稳定状态。 因此,所有颗粒的平均磁矩为零,颗粒不表现出磁性。 在外部磁场的影响下,磁矩与外部磁场同向时的磁能高于磁矩与外部磁场相反方向时的磁能。 结果磁力矩,与自发磁化磁矩形成较大角度的磁畴的体积逐渐缩小。 此时,颗粒的平均磁矩不等于0,颗粒对外表现出磁性,并且按顺序排列,连接成链。 当外部磁场的硬度较弱时,链条的数量较少,长度较短,直径也较小,切割它们所需的外力也较小。 随着外部磁场的继续增强,与外部磁场成较大角度取向的磁畴全部消失,剩余的磁畴开始沿外部磁场的方向旋转。 磁流变液中链的数量减少,宽度变长,半径变粗。 磁流变液液体向外表现出的剪切挠度增大; 如果磁场进一步减小,所有磁畴沿外磁场方向整齐排列,磁化强度达到饱和,磁流变流体的剪切偏转达到最高水平。
磁流变流体的磁化特性不仅取决于固相本身的磁特性,而且与颗粒的聚集状态和结构特性密切相关。 另外,磁流变液的磁化饱和硬度与体积分数无关,但磁化率随体积分数的减小而线性下降,并有随颗粒半径的减小而减小的趋势。 在外磁场作用下,磁流变液发生相变的三个临界磁场为Hc1、Hc2和Hc3,如图1所示。
图a:当HHc1时,磁流变流体完全处于流体状态,铁磁颗粒随机分布;
图b:当时,开始产生支链结构,链与粒子共存且随机分布;
图c:当时,开始产生柱状结构,柱与链共存;
图d:当H>Hc3时,颗粒均产生柱状结构。
随着外部磁场的增强,磁流变流体的粘度急剧下降,最终失去流动性而变成固体。 这个过程消耗的能量很少,是可逆的,可以形成很大的屈服偏转,并且在几毫秒内完成。 借助这一系列特性,在充分考虑磁场、温度、颗粒尺寸、壁面效应和体积含量等多种因素对应用组件的影响的基础上,可以设计和开发各种类型的磁流变阻尼组件。 。 主要类别如下。
(1)减振装置是磁流变液最典型的应用,因为它可以形成强大的阻尼力,并且阻尼器可以根据外界振动调节磁场的硬度来改变振动系统的阻尼。 振动和偏转以达到主动阻尼的目的。 根据减震器的规格和使用环境,可开发阻尼力可达20吨的各种机械用减震器和建筑阻尼器。
(2)控制装置由于磁流变气体相变的过程是在微秒量级完成的,因此可以制成极其敏捷的控制装置,用于在两个部件之间连接和传递力或扭矩。 如汽车离合器、制动器等。
(3)研磨密封在光学镜片的加工中,加工精度是阻碍镜片质量的关键因素和技术。 因此,提高加工精度对于镜片的最终生产和微观表面粗糙度具有重要意义。 如图9所示,采用磁流变液进行精加工。 标本被固定在通讯墙上的某个位置。 磁流变流体填充在工作表面和连通表面之间的间隙中。 线圈放置在通讯墙上。 以下。 间隙处形成可控磁场。 磁流变流体随着外部磁场的增强而凝固,并沿着连接壁获得速度。 这个间隙称为抛光点。 其过程由计算机精确控制,可完成复杂表面形状的抛光和抛光。 表面清洁度高。
磁流变液及其组分在机械、交通、船舶、航空航天、车辆、建筑等军用和民用领域具有广阔的应用前景。 展望未来,其研究工作主要包括以下几个方面。
1)新型磁流变材料研究。 磁流变材料在过去10年里取得了重大进展,并出现了商业化产品。 由于高新技术的快速发展,传统的磁流变材料已不能完全满足工程领域的技术要求。 如:适用于低温低温环境的特种磁流变材料、适用于高频高速振动环境的特种磁流变材料等。这就要求新型磁流变材料向多功能、高性能方向发展。
2)新型磁流变阻尼器的研究。 要求新型阻尼器在各种工况下都能保持较高的动态减振范围,并且可变减振的延迟时间应尽可能短。 为了配合振动控制策略所需的振动状态参数的检测和获取,采用BIT设计,将加速度、阻尼力、温度等传感器嵌入到磁流变阻尼器中,可以大大降低磁流变阻尼器的工程应用难度。磁流变阻尼器。 ,对于推广工程应用具有重要意义。
3)基于磁流变减振的半主动减振控制算法研究。 上述控制算法应用于磁流变阻尼半主动振动控制悬架系统时取得了良好的效果,而由于这种控制策略大多源于经典控制理论,因此存在“磁流变阻尼振动控制”,因此如何进行创新基于磁流变减振独特性能和特点的振动控制策略研究将成为一个有前途的研究方向。