非均匀磁场下磁流变液流变特性研究

作     者：黄鹏 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高春甫

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：磁流变液 非均匀磁场 磁场分布 剪切应力 

摘      要：磁流变液主要由铁磁性颗粒、基液、添加剂组成。将磁流变液置于外界磁场时，磁流变液会瞬间从牛顿液体转换为具有高粘度的粘稠型类固体，此时磁流变液抗剪切能力迅速增强，并可随外界磁场的变化而实时可调;当外界磁场去除时，磁流变液将瞬间表现出牛顿流体性质。这种变化快速而且可逆。目前，对磁流变液开展的大部分研究主要集中在均匀磁场下，非均匀磁场对磁流变液特性影响的研究较少。实际运用中，磁场的均匀性往往难以得到保证，磁场变化将影响磁流变液元器件正常工作，严重时将导致元器件失效。因此，本文对非均匀磁场下磁流变液特性进行了研究。 磁流变液的流变特性主要指磁流变液受磁场作用下抵抗变形的能力，主要表现为剪切特性。本文在均匀磁场磁流变液剪切特性研究的理论基础上，开展非均匀磁场下磁流变液剪切特性研究，主要进行的工作如下： （1）根据磁流变现象的基本原理，运用磁偶极子理论对磁流变液粒子微观受力进行分析。建立了均匀磁场下磁流变液粒子受力的离子极化模型;完成了磁流变液剪切应力的理论模型的推导;分析了引起磁场分布不均匀的原因并提出了相应的剪切应力模型。 （2）搭建了非均匀磁场下的磁流变液剪切特性检测装置。该装置主要由非均匀磁场发生装置、剪切装置以及数据测量采集部分三部分组成。本文采用磁场耦合的方法完成了非均匀磁场的构建，并进行了电磁铁相关参数的分析计算;根据磁场仿真对剪切装置的剪切方向进行了设定;通过合理的分析完成了测量方式的选择。 （3）运用磁场叠加原理对磁场发生装置磁场的空间分布进行了分析，建立了剪切区域磁场大小的分布模型。通过对单电磁铁单独作用下空间磁场的分布，以及双电磁铁磁场耦合作用的实验测量与分析，对空间分布模型进行了验证。 （4）通过本文构建的检测装置对剪切应力进行了测量。将剪切应力实测曲线与理论模型曲线对比可以发现其总体趋势保持一致，但存在一定差异性。针对差异性可能产生的原因进行了分析，并设置实验验证了测量装置设置及测量结果的准确性。 本文研究的主要内容对实际工程应用中磁流变元器件的开发、磁流变元器件失效分析具有一定的指导意义。