电流变液在电场中受挤压时的力学行为

大 （ 到 初 始 膜 厚 的 一 半 多 ） 第 二 是 单 向挤 压 而 不 达 ，
像 阻 尼 器 那 样 上 下 往 复 振 动 。本 文 将 基 于 广 义 的 双
加 电场 作 用 下 其 表 观 粘 度 和 屈服 应 力 可 发 生 急 剧 变
化 的 材 料 。 它 在 无 外 加 电场 作 用 下 表 现 为 牛 顿 流
电流 变 液 在 电场 中 受 压 时 的 力 学 行 为 水 挤
茅海 荣 孟 永钢 田 煜 温诗 铸
（ 华 大 学 摩 擦 学 国家 重 点 实 验 室 清 北 京 １ ０ ８ ） ０ ０ ４
摘 要 ：研究 了电流变 液 的准静 态挤 压过 程 ，测试 了在 不 同外加 电场 下挤 压 时 电流 变液 所 能承 受 的压缩 应力 随压 缩 量 的 变化 曲线 ，并利 用 由Ｗｉｉｍｓ 人基 于 广义 双粘 度模 型 推 导 出的 电流变 液 压缩应 力 与 屈服 切应 力 之 间的关 系 ｌａ 等 ｌ
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第３卷 ０ ８ 第１期
２ ０ ０ ２年 １ ０月
机 械 工 程 学 报
ＣＨＩ ＮＥＳＥ ＯＵＲＮＡ Ｌ ＥＣＨＡＮ Ｉ Ｊ ＯＦ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＥＲＩ Ｎ ＮＧ
Ｖ１８ ｏ０ ｏ３ ． Ｎ． １
Ｏｔ ｃ． ２００ ２
屈服 面 佯 谬 【。 佯 谬 的 出 现 表 明 使 用 的模 型 有 些 过 ３ ］ 于 理 想 化 ， 已不 能 正 确 描 述 问题 的物 理 本 质 。所 以
在 本 文 中 ，将 采 用 Ｗｉｉｍｓ 人 提 出 的 广 义 双 粘 度 ｌａ 等 ｌ
模 型 【 】 分 析 两 平 行 平 板 间 的 电流 变 液 的 挤 压 流 ４ 来 Ｉ 动 ，该 模 型 比宾 汉 模 型 更 加 符 合 流 体 的 本 构 特 性 ， 而 且 能 避 免 屈 服 面 佯 谬 的 产 生 。Ｗｉｉｍｓ 主 要 是 ｌａ 等 ｌ
式计算 了压 缩应 力 随压缩 量 的变化 ，其 结 果与试 验测 试 的 曲线 基 本吻合 ，说 明电流变 液 受挤 压 时的力 学行 为可 以
用 双粘 度流 体力 学理 论作 出较准 确 的描述 和 预测 。
关键 词 ：电流变 液 压缩 应力 广 义 双 粘 度
中 图分类 号 ：Ｔ ３ ． ２ Ｈ １７５ ２
电流 变 液 在 经 受 沿 电场 方 向的 压 缩 时 能 承 受 多 大 压
力及 其 力 学 规 律 等 问题 ， 除 了一 些 与 电流 变 挤 压 油 膜 阻 尼 器 相 关 的研 究 外 ， 一直 未 受 到 人 们 的重 视 。
本 研 究 小 组 曾在 以前 一 篇 文 章 里报 道 了 电流 变 液 在 外 加 电场 作 用 下 承 载 能 力 的试 验 研 究 ，本 文 将 对 电 流 变 液 受 挤 压 时 的 力 学 行 为 及 其 规 律 （ 缩 应 力 与 压 压缩 量之 间 的 关 系 ） 进 一 步 的研 究 。 作 在 挤 压 流 问题 中 ， 常 用 的 宾 汉 模 型 将 会 导 致 在
两平 行平 板 间 无 相 对 运 动 的非 物 理 结 果 ， 即所 谓 的
型 动 态 应 变 仪 相 联 并 输 入 到 计 算 机 的 数 据 采 集 系
统 ，所 选用 的测 力 传感器 是量程 为 ５ 的 Ｃ Ｊ 型 ０Ｎ ＬＬ 应变 式拉 压传 感器 。工作 台的上极 板尺 寸为 ３ ２ ｍｍ× ３ Ｔ，下 极 板 尺 寸 为 ３ ｌ×７ ２ ｍｌ ｌ ５ ｍｉ ｌ ０ ｍｍ。给 电流 变 液 施 加 的 外 加 电压 由一 个 型 号 为 ＧＹＷ － ０ ０ 的 高 １ 压 直 流 电源 提 供 ，平 行 平 板 的 下 极 板 接 电源 正 极 ， 上 极 板 接 电源 负 极 。
流动 特 性 已进 行 了大 量 的试 验 和 理 论 工 作 ，但 是对
方 向轴 ） 向 的驱 动 功 能来 改变 下 极 板 的 位 置 ，ｚ轴 方 方 向运 动 由一 步 进 电 动 机 和 滚 珠 丝 杠 驱 动 机 构 实
现 ，下 极 板 的进 给 速 度 和 进 给 量 通 过 计 算 机 精 密 控 制 。上 极 板 通 过 一 测 力 传 感 器 与 三 维 工 作 台基 座 上 的 固 定 横 梁 串 联 联 接 ， 力传 感 器 与 一 台 ＤＨ一５ ３ ９５
Hale Waihona Puke 粘 度 模 型 所 得 的 理 论 分 析 结 果 与 试 验 结 果 进 行 比
较。
体 ，在 外 加 强 电场 （Ｖ／ ｋ ｍｍ量 级 ） 用 下 可 在 很 短 时 作 间 （ 量 级） ｍｓ 内转 变 为 类 固 态 ，表 观 粘 度 显 著 升 高 ， 表现 为 宾 汉 流 体 ； 当外 加 电场 撤 除 后 ， 电流 变 液 又
恢复为牛顿流体【 。
１ 试 验装 置及 方法
电流 变 液 在 平 行 平 板 间挤 压 试 验 的 原 理 示 意 图 如 图 １ 示 。该 试 验 装 置 安 装 在 一 个 数 控 三 维 运 动 所 工 作 台 上 ，试 验 时 主 要 利 用 该 工 作 台 的 ｚ 轴 ｆ 直 垂
利 用 电流 变 液 的 上 述 特 性 可 以开 发 各 种 各 样 的 工程 应 用 器 件 。按 照 流 动 模 式 的 不 同 ， 电流 变 器 件 大致 可 划 分 为 剪 切 流 、压 力流 和 挤 压 流 三 种 类 型 。 在 以往 的 研 究 中人 们 对 电流变 液 的 剪 切 流 动 和 压 力
针 对 挤 压 型 电流 变 液 阻尼 器进 行 了分 析 ， 并 与 试验
０ 前 言
电流 变 液 （ ｌｃｒｒｅ ｌｇｃ ｌｆ ｉ） 一 种 在 外 Ｅ ｅｔｏｈ ｏｏ ｉａ ｌ ｄ 是 ｕ
结 果 进 行 了对 比 ，取 得 了较 好 的一 致 。本 文 的 挤压 试 验 与 挤 压 阻尼 器 的 工 况 略 有 不 同 ，第 一 是 挤 压 量