磁流变液挤压力学特性研究

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磁流变液是一种新型的智能材料,它是由微纳米级的磁性颗粒、载液以及添加剂组成。在外加磁场的作用下,磁流变液由流动性良好的状态转变成类固体的状态,其表观粘度能够迅速增大几个数量级,并且这种转变是快速可逆、方便可控的。由于良好的流变特性,磁流变液在航空、航天、汽车工业、密封、精密加工、生物技术、医疗等领域得到了越来越广泛的应用。为了揭示磁流变液的挤压力学特性,探求提高磁流变液剪切屈服应力的方法,本文对挤压状态下的磁流变液进行机理分析,设计挤压力学特性测试实验台并开展相关实验。论文的主要研究工作如下:研究了磁流变液颗粒在外加磁场中的受力情况,针对颗粒群的三种成链形式,基于磁偶极子理论对磁流变液颗粒链进行压缩弹性模量分析,探寻磁流变液轴向挤压强化机理;利用轴向挤压力学特性测试实验台开展了相关的实验研究,结果表明:外加轴向压力可以提高磁流变液的剪切屈服应力,当外加轴向压力接近2MPa时,实验台的制动力矩增大了2.8倍。设计了磁流变液径向挤压力学特性测试实验台的总体结构,确定了实验台的基本参数,并对实验台进行了力矩分析;根据磁路欧姆定律和安培定律进行了详细的磁路设计,并基于磁路分析软件(Infolytica magnet软件)对实验台进行了磁路仿真。搭建了磁流变液径向挤压力学特性测试实验台,并开展了励磁电流—磁场特性,励磁电流—剪切屈服应力特性以及径向压力—剪切屈服应力特性的实验研究。结果表明:实验台的励磁电流—磁场特性符合设计要求;励磁电流为3A,径向压力由0增大到2.2MPa时,磁流变液的剪切屈服应力由37.89KPa增大到120.24KPa,增幅为82.35KPa;当径向压力在1.2MPa—2.0MPa之间时,磁流变液剪切屈服应力的增幅较为明显。
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