磁流变自适应体磁路设计及性能测试方法(2)

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5 磁流变自适应体磁路性能测试 35

5.1 测试装置及测试原理 35

5.2 实验数据及分析 36

结论 39

致谢 40

参考文献 41

1 绪论

1945年，电流变现象首次由美国学者Winslow.W.M.发现[1]，1948年，美国国家标准署工程师Rabinow.J发现了磁流变效应[2-3]。白俄罗斯学者Kordonsky.W.I.和Shulman.Z.P.深入地研究了磁流变材料并取得了较大进展[4-5]。Ashour.D.在系统研究磁流变材料的制备技术与沉降问题方面取得了不少成就[6]。我国也在探讨磁流变材料的制备技术、流变机理以及工程应用的同时取得了有目共睹的成就[7-8]。国家仪表功能材料工程研究中心已成功研制出一类磁流变体，其剪切屈服应力基本达到美国Lord公司的产品水平[7]。基于对磁流变材料流变机理的研究，复旦大学、中国科学技术大学和重庆大学还提出了一些具有重要参考价值的理论模型与分析方法。论文网

1.1 磁流变效应

1948年，Rabinow发现磁性颗粒与油或水的混合液存在一种特殊的效应，当它接近磁场时，将会迅速发生凝固，具有类似固体的性质。当时Rabinow设计了一个剪切面积为8平方英寸（51.6cm2）的磁流变液演示装置，它能吊起一个体重为117英磅（53.1kg）的女孩。此后，这种流变性能在磁场下发生变化的现象就被称为磁流变效应（Magnetorheological Effect）。

可以按照磁畴理论来解释磁流变效应。磁畴是指在铁磁体内存在的无数个线度约为10-4m的小区域。每个磁畴内所有原子的磁矩都向着同一个方向整齐排列。当铁磁质未被磁化时，其内部各磁畴的磁矩取向各不相同，平均磁矩为零，因此从宏观上来看，整块铁磁质没有明显的磁性。当为铁磁质加上逐渐增大的外磁场时，磁矩与外磁场反方向排列时的磁能高于磁矩与外磁场同方向排列时的磁能，磁矩方向与外磁场方向相近的磁畴体积逐渐扩大，而反方向的磁畴体积逐渐缩小，此时，整块铁磁质对外显示磁性，许多铁磁质在一起时就会按顺序排列相接成链状、层状或柱状等结构。在外加磁场强度较弱时，成链数量少、直径细、长度短，剪断它们也只需要较小外力。随着外加磁场强度的不断增强，磁矩方向与外磁场方向成较大角度的磁畴将全部消失，余下的磁畴会向外磁场方向旋转，形成链的数量增多，直径变粗，长度增加，对外表现出的应力也增强了。最终，当外加磁场大到一定程度时，所有磁畴的磁矩都排列在同一个方向，铁磁质达到磁饱和状态，应力也达到最高。

在外磁场作用下，MRE内的铁磁颗粒将被磁化，此时就会产生相互作用力。当MRE因外力发生形变时，这些相互作用力就会在其内部形成反向力矩以提高MRE抵抗变形的能力，而这种能力是随外加磁场而变化的，宏观表现就是MRE的弹性模量随磁场发生变化[9]，即MRE的刚度随磁场改变而改变。同时，因为其内部软磁性颗粒的剩磁较小，在磁场作用下，MRE还具有良好的可逆性。

1.2 磁流变弹性体的组成

磁流变材料是一类具有可控流变特性的智能材料，其流变特性可随外加磁场发生连续、迅速（磁场响应一般为ms量级）又可逆（撤去外加磁场后，又恢复初始状态）的变化。它包括磁流变液和磁流变弹性体。目前研究较多也是最早出现的为磁流变液，它是由低磁导率的基液和高磁导率微粒分散相组成。铁磁性颗粒是尺寸在微米量级内的球形颗粒，现在多选用球状、直径几微米的羰基铁软磁磁粉。一般优先考虑硅油、煤油或合成油作为基液。此外，还需要加入一些添加剂或者对颗粒进行化学处理（如包裹）来解决颗粒沉降稳定性和团聚稳定性的问题。