旋转剪切下磁流变液壁面滑移特性研究

作     者：杨青形 

作者单位：浙江师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高春甫;李凝

授予年度：2020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 壁面滑移 流变特性 滑移速度 滑移层 

摘      要：磁流变液是由铁磁性颗粒分散于载液中所形成的一种新型智能磁敏材料,由于其独特的磁流变效应,已被广泛的应用于实际工程中。但是,磁流变液在剪切流变过程中往往伴随着壁面滑移效应,进而影响了磁流变器件的力学输出效能,不利于磁流变液及磁流变器件的研发和精密控制。为了研究磁流变液在旋转剪切下其内在的滑移规律,提高磁流变液的有效传动能力,在分析磁流变液剪切流变特点及本构方程的基础上,提出了一种有效检测磁流变液滑移速度和滑移层的理论方法。基于旋转剪切,分析了4种剪切壁面的结构特点,利用Maxwell仿真软件分析了剪切壁面物理属性对磁场分布的影响。从微观层面对剪切壁面上的磁性颗粒进行了受力和运动状态分析,并研制了磁流变液壁面滑移测试实验台,系统的进行了磁流变液滑移影响因素的探究,对磁流变液进行了壁面滑移实验研究及分析。论文的研究工作分为以下几个方面:(1)对4种典型的磁流变液本构方程的特点及不足进行了分析和总结,并选用了Bingham模型作为磁流变液在旋转剪切下壁面滑移的理论基础,分析了磁流变液在旋转剪切下的流变特点,提出了一种有效测量磁流变液滑移速度和滑移层厚度的方法,建立了基于滑移条件的磁流变液力学模型。(2)为了研究磁流变液的滑移演变规律,结合实际工程常用的剪切模式,对旋转剪切结构及其磁路进行了分析与优化,在分析、比较国内外已有研究的基础上,设计了半圆槽底、三角槽底、矩形槽底和光滑无切槽4种剪切壁面,利用Maxwell仿真软件分析了剪切壁面的材料、形状对磁场分布的影响规律,其结果以钢制的半圆槽底剪切壁面的磁场分布最优。(3)从微观角度对磁流变液的滑移机理进行分析,建立了磁性颗粒在磁场中的二维微观模型,对单个磁性颗粒进行了受力及力矩分析,进一步分析了磁性颗粒团与剪切壁面的作用力关系,探究了磁性颗粒团在不同剪切壁面上的运动趋势。(4)利用自主研制的磁流变液滑移测试实验台,系统的研究了壁面滑移影响因素对磁流变液剪切屈服应力的影响规律,分析了剪切壁面形状对磁流变液的温升效应,选取了影响效果显著的壁面形貌、磁场强度、剪切转速参数进行磁流变液滑移速度和滑移层的实验研究,揭示了磁流变液在旋转剪切下壁面滑移的内在变化规律。