在机械工程领域中,磁流变技术是结合材料属性变化控制与机械传动和机加工的新兴研究方向,利用磁流变液在外磁场下“固-液”相的迅速转变,可以执行阻尼制动、减震、材料微去除等一系列不同的机械动作,磁流变技术的特点是通过计算机间接控制磁流变液、磁流变抛光液等材料发生“流变”效应的程度,材料性质的变化相应促进了机械结构设计的变化,因此近二十年内,成为国内外机加工领域研究的热点内容之一。按照智能材料:“可以在外部特定激励条件下调整自身材料性能”的定义,磁流变液属于一种十分优秀的功能材料,因此近十几年和磁流变液磁致流变特性有关的材料宏、微观力学性质变化规律已成为国内外的研究热点,它在机械加工、液压传动、阻尼器和制动器等工程领域也得到了比较广泛的普及和应用。论文比较了目前国内外“连续”和“离散”两种途径,多种磁流变液宏、微观流变模型不同特点和适用范围,针对磁流变液在外磁场激励作用下力学机理的变化和微观结构之间的联系,采用理论分析、试验测试和模型仿真等手段相结合的方法,探讨了磁流变液微观流变特性、磁性流体的成链发生基本临界条件;以Monte Carlo仿真测得磁流变液单元系统内的位形与磁矩信息,建立了磁流变液内微观磁链权重距离与宏观流变力学特性之间的关系,并据此提出一个含有权重系数的流变剪切应力模型;将该模型应用于一种新型的往复式磁流变抛光装置,以抛光液的磁致流变剪切应力为参数,建立基于Preston方程的材料去除模型。论文研究具体内容如下:根据5水平-3因子中心组分设计的试验方案参数条件,对微米量级磁流变液和纳米量级磁流体的流变特性进行了 Monte Carlo仿真,计算了颗粒的磁性能、范德华能以及空间位阻能以及在总能量中的比例,得到单元系统整体的热耦合系数计算值,仿真结果证实了热耦合系数描述磁流变液系统团聚特性的有效性。基于响应面分析方法,以热耦合系数为响应值,分析了磁流变液性能参数变化对颗粒团聚影响的贡献度,并由线性回归得到热耦合系数与这些参数的拟合表达式,并由响应面分析的优化参数结果,得到磁性流体中,颗粒团聚成链的极限粒径。研究发现:在纳米级磁流体中,对热耦合系数的影响贡献度从大到小依次为:颗粒平均粒径、颗粒体积百分比和外磁场强度。基于安培分子电流假说,推导“离散”模式的磁链相邻颗粒间作用力表达式,分析了标准单链微观剪应力模型在磁性颗粒体积浓度增大时的计算误差来源;结合Monte Carlo方法仿真计算得到的单元子系统内磁性颗粒位形坐标信息,提出一种新的含有距离权重因子的单链剪应力微观模型,模型提出有效磁链的概念,结合距离权重系数来评价磁链间作用效果和磁链局部磁场作用区域的重叠;为更准确评估外磁场对流变效应的影响,模型中按Frohlich-Kennelly模型考虑磁流变液内颗粒的非线性磁化过程,提出使用B-H实验数据拟合磁性颗粒的磁化饱和强度,描述磁化饱和条件下的磁流变液剪切屈服应力。通过对自行制备38.7vol.%水基磁流变液、三种商用合成油基磁流变液（33.58vol.%～44.79vol.%,LORD（?））,在 MCR301 流变仪（Anton Paar,Austria）上进行流变实验获得剪切应力τ关于外磁场强度H的实验数据,验证了距离权重剪应力模型相比于标准单链模型,更适合于在高体积浓度条件下描述磁流变液的流变特性。采用一种新型的往复式磁流变抛光加工试验装置,通过制备水基磁流变抛光液对直径28mm的普通硅酸盐磨砂玻璃平面工件进行磁流变抛光加工,针对抛光工作区磁流变液不同的液槽平动与工件旋转速度比值条件对抛光质量产生的影响效果进行分析,利用MATLAB/Simulink（?）中的Multibody Toolbox建立运动仿真模型,根据不同工件转动和液槽平动速度分量计算值和颗粒在工件表面运动轨迹的计算结果,提出了抛光加工中应尽量使得复合运动的两个分速度数值互质的结论。分别以法向压力和流变剪切应力为参数,基于Preston方程形式,建立往复式磁流变抛光装置的材料去除数学模型,其中流变剪切应力按权重流变模型计算。考虑到加工过程中的抛光区磁场强度数据难以测量,采用有限元软件ANSYS（?）编写APDL命令流,建立参数化的二维对称模型,采用不同加工间距和外加磁场强度等参数条件下的表面磁场强度仿真数据获得工件表面磁化压力数值;基于粗糙度仪测量数据散乱点的样条拟合曲面云图与模型计算结果对比,证实模型去除率变化趋势接近于实验数据,且观察到工件中心位置到工件边缘,材料去除率整体呈线性增加趋势。