不同体积分数磁流变液对其剪切特性的影响

为研究不同体积分数磁流变液的剪切性能,分别制备出不同体积分数(10%、20%、30%、40%)的四种磁流变液;使用流变仪分别测出这四种磁流变液在不同剪切速率(0～1 000 s~(-1))下的剪切应力和表观黏度,分析其剪切性能;并用Bingham模型进行拟合,得到剪切应力、表观黏度和体积分数之间的定量关系。结果表明:在相同的体积分数下,随着剪切速率的增加,磁流变液的剪切应力缓慢增大,表观黏度呈指数下降;剪切速率不变的前提下,随着体积分数从10%增大到40%,磁流变液的屈服应力从3. 9 kPa增大到14. 2 kPa,表观黏度明显增大,塑性黏度系数从3. 2增大到3. 7,流动特性指数n减小。可见,体积分数高的磁流变液其剪切性能越好,在智能机构等方面得到广泛应用。     

磁流变液的制备及其剪切屈服应力研究

为研究磁流变液成链过程及剪切应力影响因素,以羰基铁粉为铁磁性颗粒、二甲基硅油为基载液制备磁流变液,并对其成链过程进行显微观察,采用流变仪对制备磁流变液进行剪切应力测试。结果表明:磁流变液的剪切应力随着剪切速率、体积比、磁场强度的增大而增大,且当剪切速率增大200倍时,剪切应力仅增加12.6%;剪切应力与体积比趋于线性关系;当磁场强度增加到一定值时,剪切屈服应力将趋于稳定。     

磁流变脂在剪切模式下的流变特性

磁流变脂材料无沉降、密封结构简单、制备容易,因而具有巨大工程应用前景,在剪切模式下的流变特性是磁流变脂缓冲器件设计和应用的基础.采用商业润滑脂为基体,制备了羟基铁粉质量分数分别为30%、50%和70%的磁流变脂.利用稳态剪切测试分析了不同铁粉质量分数的磁流变脂的黏度、剪切应力、屈服应力随剪切速率和磁场变化情况,结果表明:磁流变脂的本构关系可用Bingham模型进行描述,且在一定范围内,羟基铁粉质量分数越高,磁流变脂的黏度和剪切应力可调范围越广.以铁粉质量分数为70%的磁流变脂为例,运用大振幅振荡剪切的方法,确定线性黏弹性区间和非线性黏弹性区间的临界应变幅值为0.02%;计算该型磁流变脂在磁感应强度为0.96T时的屈服应力为24.7 kPa,磁致储能模量为1.17 MPa,相对磁流变效应高达3 814%.     

硅树脂基磁流变胶流变特性研究及Herschel-Bulkley模型参数识别

为了探究硅树脂基质磁流变胶的流变特性,自行制备了羰基铁粉质量分数分别为30%、50%、70%的三种磁流变胶MRG-30、MRG-50、MRG-70,并对其展开稳态旋转剪切测试和动态振荡剪切测试.结果表明:剪切应力随磁场变化分为快速增长、缓慢增长、饱和三个阶段,羰基铁粉含量对零场粘度、剪切应力、响应速率影响较大,MRG-70磁流变效应最好;磁流变胶的流动特性符合Herschel-Bulkley函数变化规律,且非牛顿指数n都满足n1,具有剪切稀化特性;线性粘弹性区域临界应变幅值rLVE随着磁感应强度增强而增大,磁流变胶的储能模量对频率的依赖性微弱;法向应力随着磁感应强度增强而增大,但频率对材料的法向应力的影响十分微弱.     

磁流变液双链密排微结构模型

为了揭示磁流变液宏观响应特性下的深层次物理背景,从而为研制高性能磁流变液提供指导,基于磁偶极子理论,结合铁磁颗粒的链化机理,提出了磁流变液双链密排微结构模型.在外加磁场下,当铁磁颗粒沿磁场方向形成链状结构后,通过考虑相邻链之间的影响,假定磁偶极子链发生剪切变形后的倾斜角度服从指数分布,从磁偶极子能量的角度推导了磁流变液双链密排微结构模型的剪切屈服应力公式.分析了磁感应强度、铁磁颗粒体积分数、铁磁颗粒尺寸以及颗粒包覆层厚度等主要影响因素与磁流变液剪切屈服应力的关系,并进行了试验验证.结果表明,该模型与试验结果吻合很好,可以反映各主要因素对磁流变液剪切屈服应力的影响.     

甲壳胺与蓖麻油组成的悬浮体系的电流变性能研究

制备了甲壳胺～蓖麻油电流变（ＥＲ）悬浮液,研究了外加电场强度（Ｅ）、剪切速率（γ）大小及体颗粒浓度（Ｃ）对甲壳胺～蓖麻油电流变液性能的影响。结果表明,随外加电场强度的增加,ＥＲ液的表观剪切应力增大;随剪切速率的提高,ＥＲ液的表现剪切应力反而减小,ＥＲ液中存在生产ＥＲ效应的临界颗粒浓度,只有当固体颗粒浓度高于临界值时,ＥＲ液的表观剪应力才有明显增大。     

磁流变液的流变性能分析

制备了以羰基铁粉为磁性颗粒的硅油基磁流变液,使用Anton Paar Physica MCR 301流变仪测试其流变性能,用Bingham模型对磁流变液的流变性能进行拟合计算。实验表明,Bingham模型可较好地描述磁流变液的流变行为。随着磁场的增大,磁流变液的剪切应力和粘度显著增大。磁场不变时,随着剪切速率增加,磁流变液剪切应力增加不明显,符合剪切稀化的Bingham模型。通过对数拟合的方法,得出磁流变液剪切应力和电流的关系,在电流较小时,剪切应力呈指数增长,指数值约为1.42,随着电流的增大,剪切应力达到稳定值。     

基于均匀化方法的磁流变弹性体磁致剪切行为

基于均匀化方法,分析磁流变弹性体颗粒间磁场的相互作用和基体磁场对颗粒的影响,进而研究磁流变弹性体的磁致剪切行为及磁致剪切模量.结果表明,颗粒磁导率的变化对磁流变弹性体磁致剪切行为与磁致剪切模量的影响不大;当颗粒体积分数为30%时,磁致剪切模量取得最大值,其整体变化规律与实验数据基本吻合,可预测磁流变弹性体磁致剪切行为的最佳颗粒体积分数.     

磁流变液壁面滑移特性研究

为了研究磁流变液在不同磁场作用下的壁面滑移特性,依据圆筒剪切流体动力学理论推导了磁流变液的滑移速度计算公式,设计并搭建了用于检测磁流变液壁面滑移特性的实验装置.利用导磁光滑壁面的圆筒剪切磁流变装置分别检测分析了不同磁场强度下的磁流变液的液粘阻尼和力学性能,建立了低剪切速率下磁流变液的滑移速度与剪切应力之间的关系曲线.实验结果表明:磁流变液在不同磁场作用下发生流变时会出现壁面滑移现象;其滑移速度随剪切应力的增加而增大,进而由近似线性增长的弱滑移状态转变为非线性增长的强滑移状态;当施加的磁场强度由47.0 mT增大至70.5 mT和94.0 mT时,磁流变液的滑移转变临界应力值由3.30 kPa增大至6.08 kPa和7.20 kPa,但其滑移转变临界应力值的增比却由原先的84%降低至34%.结论:提高磁场强度对磁流变液的壁面滑移效应虽有一定的抑制作用,但是随着磁场强度的继续增大,磁场的抑制效能逐渐减弱.     

母液分子对剪切屈服强度的影响

对磁流变液中母液分子在磁场作用下磁矩的变化以及由此引起的剪切屈服强度的变化进行了研究.结果表明：当磁感应强度较小时,忽略母液分子引起的剪切屈服强度的相对误差随磁感应强度的增加而线性增加,也随母液分子内电子数的增加而快速增加;当磁感应强度增加到一定值时,其误差几乎不变.为减少误差,应选用电子数较少的分子材料作母液.     

含位形权重的磁流变液孤立链流变剪应力模型

为降低采用标准孤立链理论模型计算高体积分数磁流变液流变剪应力时的计算误差,提出一种通过距离权重系数评价磁链间相互作用的流变模型.编写Monte Carlo仿真程序计算颗粒位置与磁矩方向矢量、同时输出与系统颗粒间距有关的距离权重系数.按标准和距离权重这两种链结构模型计算磁流变液剪切应力数值,并和4种磁流变液(30.58%~44.79%)的流变仪剪应力测试数据进行比较,结果显示,权重模型在磁场全范围内具有更高的计算精度,并且和流变试验实际结果基本符合,证实了磁链微观结构间的相互作用力是影响磁流变液流变特性的主要因素之一.     

TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

磁流变液中磁性颗粒成链与团聚的临界特征分析

热运动对纳米级磁流变液系统的颗粒团聚行为和宏观流变特性扰动影响不可忽视.为研究施加外磁场后系统微结构与热运动间的关系，探讨在不同颗粒粒径情况下热运动能量在系统总能量中的占比.采用CCD设计方法，分析Monte Carlo仿真获取的颗粒位形信息，生成关于外磁场磁感应强度、颗粒粒径和体积分数的系统热耦合系数<λ>回归模型;成链团聚的临界颗粒粒径计算值比文献经验值高出约23%，证实在考虑系统内多因素的综合影响下，纳米级磁流变液具有更严格的流变现象临界发生条件.     

高稳定磁流变液的制备和性能分析

采用X-ray衍射、扫描电子显微镜及振动样品磁强计等表征手段,研究通过气体渗氮在羰基铁颗粒表面形成的氮化物薄层,分析了羰基铁颗粒氮化后的形貌、抗氧化性能和磁性能。将氮化后的羰基铁粉加入高分散性添加剂,用高速分散的方法制备了高稳定磁流变液,分析了该磁流变液的磁性能、流变性能和抗沉降性能,并研究了该磁流变液在器件应用中的稳定性。结果表明：采用该工艺制备的磁流变液的摩擦系数降低至0.054,3个月沉降＜10%,零场黏度≤1.0 Pa·s,最大剪切应力≥60 kPa,在20～125 ℃范围内,阻尼器阻尼力最大衰减率14.3%。氮化提高了磁流变液悬浮相的表面抗磨、耐蚀性能,改善了磁流变液抗沉降团聚稳定性。     

颗粒物质剪切流动的类固-液转化特性及相变图的建立

颗粒物质类固-液相态间的转化现象广泛存在于工程地质、自然环境和工业生产等诸多领域,其力学特性在相态转化过程中会发生很大的变化,是目前颗粒物质力学研究的热点和难点.通过对颗粒物质类固-液转化过程中基本力学行为的研究,可建立表征颗粒物质类固-液转化的相变图,揭示类固-液转化的内在机理.颗粒物质的类固-液转化过程可大体分为两种,即阻塞与流动状态的转化,以及在流动过程中类固态与类液态力学行为的转化.本文以周期边界条件下的多分散颗粒系统为研究对象,采用离散单元方法数值模拟了单剪流动过程;分析了在不同体积分数和剪切速率下颗粒系统的平均应力、配位数、净接触时间数、有效摩擦系数、惯性指数和广义Savage数等宏观参数的分布规律;讨论了类固-液转化的内在机理,建立了一个以孔隙率、无量纲剪切应力和无量纲剪切速率为基本变量的相变图.该相变图不仅能够表征出颗粒物质由阻塞向流动状态的转变,同时也能够描述颗粒物质在剪切流动中发生类固-液转化的演化规律.     

减阻型纳米二氧化硅流体的流变性分析

采用流变仪等方法测试了自主研发的减阻型纳米流体HNFⅢ的流变性,研究分析了纳米SiO_2颗粒浓度(质量分数0.002 5%~0.20%)、剪切速率和温度等参数对HNFⅢ流变性的影响规律,以及HNFⅢ的剪切增稠机理。结果表明:HNFⅢ的黏度随纳米SiO_2颗粒浓度的增加而升高;剪切速率低于临界剪切速率值γ0时,纳米流体的黏度几乎不变,而一旦超过γ0,黏度快速升高,具有明显的剪切增稠特性,并且低浓度的纳米流体黏度上升更快,导致了不同浓度的纳米流体黏度出现汇聚的特征;同时,临界剪切速率γ0随温度升高而减小,随浓度升高而增大。实验得到了纳米液HNFⅢ的本构方程,显示其属于膨胀性流体。重复测试和双向剪切测试表明,剪切增稠具有良好的可逆性,满足"粒子簇"理论。     

粘度计法测定α-Al2O3水悬浮体系的最佳分散剂质量分数

用Ubbelohde粘度计在pH=10时,测试了分散剂质量分数对α-Al2O3悬浮体系粘度的作用,并将此法与沉降法做了比较.结果表明,粘度法、沉降法所反映的悬浮体系稳定性随分散剂质量分数的变化规律基本是一致的.由粘度测试法得出,最佳分散剂的质量分数为0.04%,此条件下,α-Al2O3悬浮体系的粘度最低,且其最佳分散剂质量分数不随α-Al2O3悬浮体系的固相体积分数发生变化.在较宽的分散剂质量分数0.04%～0.24%内,均可得到粘度较低、悬浮稳定性较好的低固相体积分数的α-Al2O3悬浮体系.在最佳分散剂质量分数为0.04%、pH=10的条件下,制备了固相含量体积分数为62%的α-Al2O3浓悬浮体,并在剪切速率为49.81s-1时,测得其粘度为0.5Pa·s.     

磁流变液微观结构的数值模拟

通过分析磁流变液中固体颗粒的受力,利用分子动力学中的速度Verlet算法,对磁流变液链化过程和剪切过程进行了二维数值模拟,并对影响链化和剪切的主要因素进行了研究.研究结果表明:粒子的运动最终会在模拟区域内形成若干条几乎平行的链;颗粒链化时的变化过程先快后慢;整个链化过程所耗费的时间在2～3 ms之间;颗粒体积百分率越大...     

中等浓度表面活性剂溶液流变特性的实验研究

为研究剪切速率和溶液浓度对中等浓度表面活性剂溶液流变特性的影响,在25℃、1～300s-1剪切速率范围内,对质量分数分别为0.05%、0.07%、0.10%和0.15%的CTAC/NaSal表面活性剂溶液进行稳态模式下的流变测量.研究表明,随着表面活性剂浓度的增大,由剪切诱导转变引起的黏度增稠率依次减小,当浓度达到某一临界饱和值时不再有剪切诱导转变发生,该浓度所对应的黏度-剪切速率流变曲线称为最大黏度线.当浓度低于临界饱和浓度时,在以临界剪切速率为界的两区域内,剪切速率-剪切应力流变曲线分别符合对数模型.从能量的视角分析了剪切诱导结构(SIS)可能的形成机理,指出诱导SIS形成的临界能量值本质上是由胶束结构决定的.从流变的角度指出,对于中等浓度的表面活性剂溶液,SIS不再是产生湍流减阻的必要条件.     

盘式磁流变液离合器的设计与分析

磁流变液离合器是一种利用磁流变液剪切应力来进行离合的一种装置,它传递的力矩随外加磁场的变化迅速变化.本文在理论上给出了盘式磁流变液离合器的设计方法,推出了磁流变液离合器传递力矩的方程,得出了盘式磁流变液离合器中磁流变液体积、厚度等的计算公式.为盘式磁流变液离合器的设计奠定了理论基础.