一种场致流变体测试装置的研究

动微 分方程 为 ：
Ｊ ＋ ｃ 。 ＋Ｇ ＋走ｉ—Ｆ ；ｉｃ 。 … …… （ ） ｌ ｎｏ ｓ ｔ １
式 中 ：。 ｆ—— 测 杆 的转 动 惯量 。 ， 由式 （ ） ： １得
于 有 阻尼 受 迫 振 动 系统 ， 计 了一 个 摆 振 式 场 致 流 变 体 测 试 装 置 ， 流变 体 黏 度 、 度 等 参 数 转化 为 测 杆 振 幅 设 将 刚 和 相 位 ，配 合 数 据 采 集 及 分 析 系 统 ，完 成 不 同 场 强 下 流 变 体 黏 度 和 刚 度 的 测 试 。
关 键 词 ：场 致 流 变体 ；黏 度 ；刚 度 ；测 试 装 置 中图 分 类 号 ：Ｔ ３ １： Ｐ ０ 。 １ Ｂ ８ Ｔ ２ ６ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
图 １为 摆振 式 场 致 流变 体 测 试装 置 的原 理 简 图 。 对应 于唯 象力学 模 型 ，用 于表 征 黏性 和弹 性 的阻尼 系
场致 流 变 体指 的是 电流 变 体 （ ｌｃｒｒ ｅ ｌｇｃｌ Ｅ ｅ ｔ ｈ ｏｏ ｉ ｏ ａ
ｆ ｉ，简 称 Ｅ ｌｄ ｕ ＲＦ）和 磁 流 变 体 （ ｇ ｅｏ ｈ ｏｏ ｉ ｌ Ｍａ ｎ ｔｒｅ ｌｇｃ ａ ｆ ｉ， ｌ ｄ 简称 ＭＲ ， 近年发展起来 的一种新兴智能材 ｕ Ｆ） 是 料， 它们是 在某种载体 如矿物油或硅油等 中加人可 以被 电场或磁场极化 的精细微粒而 成的悬浮液 。 在电场或磁 场 的作 用下 ， 流变体 的流 变学特性 以及其 它的机 械性质 和物理 性质都会 发生变化 ，当电场或磁场撤销后 ， 又可 恢 复到原来 的状 态 ， 而且这个过 程毫秒 内即可完成 ，同
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２０ ０ ７年 第 ３ 期
徐 伟 ，等 ：一 种 场 致 流 变体 测 试 装 置 的 研 究
・８ ９・
１ １ 定 频 测 试 ．
（ ）当阻 尼系数 ｃ变化 时 （ １ 即只考 虑 流 变体 黏 性 发生 变化 ） ，其振 动相 对应 的 幅频特 性 曲线见 图 ２ ，振
时又是 可逆的 。由于其 良好 的可控 性能和力学性能 ， 场
数 ｃ和弹性 系数 ｋ用 黏壶及 弹 簧表 示 。 当场 强改 变时 ， 流变 体的 黏度 和刚度 也 随之 改变 ，那 么 由黏壶 和弹簧 组 成 有阻 尼受迫 振动 系统 的振 幅 、相位及 固有频率 将 发生 变化 ，该装 置通过 测 试测 杆 的上述 变化 ，来测 定 流 变体 在不 同场 强下 的黏度 和 刚度 。
模 型 可 用 弹 簧 和 黏壶 组 成 ，最 简 单 的 有 Ｍａ ｗｅ 和 ｘ ｌ ｌ
Ｋ ｌｉ— ｉｔ 弹性 固体模 型 以及 三参数 黏 弹性 固体 ｅｖｎＶｏｇ 黏
模型 。由于似流 似 固的流 变体行 为 ．刚度 Ｅ表 示 了拟 弹性 反应 ， 黏度 表 示 了拟黏 性反应 ， 可用于 描述 流变
收稿 日期 ：２ ０ — Ｏ ３ ；修 回 开期 ：２ ０ — ２ ０ ０ ６１ 一０ ０ ７０ —７
图 １ 摆 振 式 场 致 流 变 体 测 试 装 置 的 测 试 原 理 简 图
作 者 简 介 ：徐 伟 （９ １） 男 ． 苏 常 州人 ． 士 研 究 生 ． 究 方 向 ： 、 流 变 体 力 学 性 质 及测 试 技 术 。 １ ８一 ， 江 硕 研 电 磁
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第 ３期 （ 第 １ ２ ） 总 ４ 期 ２０ ０ ７年 ６月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．３
Ｊ ｎ ｕ．
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （ ０ ７０ —０ ８０ １ ７ —４ ２ ０ ）３０ ８～ ３ ３
一
种 场 致 流 变体 测 试 装 置 的研 究
徐 伟 ，高建 和 ， 张 明 ，方 开 荣
（ 州 大 学 ，江 苏 扬 州 ２ ５ ０ ） 扬 ２ ０ ９
摘 要 ： 致 流 变 体 是 一 种 智 能 材 料 ， 外 加场 强 的 作 用 下 ， 致 流 变 体 的 黏 度 和 刚度 等 力 学 性 能 发 生 变 化 。 场 在 场 基
体材 料 。本 文基 于唯象力 学模 型 的思想 ，将 流变体 看 作 是黏性 与 弹性 的组合 体 ，设 计 了一个摆 振式 场致 流 变体黏度 与 刚度 的测试装 置 一 。
１ 摆 振 式 流 变 体 测 试 装 置 的 测 试 原 理
＊ 国家 自然 科 学 基 金 资 助项 目 （ ０７ ０ ４ ５３３３）
力 ；ｋ为 弹簧刚度 。
致流 变体技术在航空航 天 、机械工程 、车辆工 程 、精密 加工 和医疗 等领域具 有广泛的应用前 景口 。 ］ 流变 体在 场的 作用下 由液 态转 变为 固态 ，其 刚度
和 黏度发 生变 化 。物体 内部 的黏性 是变形 时 的一种耗
散机 制 ，外 力 克服 黏性力 的功将 转化 为热 。而物 体 的 弹性 则是 一种保 守 机制 ，外力作 功将 以弹性 势 能形式 予 以存储 ，其 变形 可恢复 ，弹性 固体与黏性 流体 代表 着黏 弹性材 料 的两种 极端 状态 。流变 体的黏 弹性 结构
如果 用 Ｋｅ ｉ— ｉｔ 弹 性 固体 模 型 来 描 述 流 ｌ ｎＶｏｇ 黏 ｖ 变体 时 ，测 杆在 流变体 中有阻 尼作用 的简谐受 迫振 动
模 型 如图 １ 示 ， 所 Ｇ为 角位 移传 感器 的抗 弯 刚度 ， Ｇ＝ Ｅ Ｉ ｌ， 中 。 ／。 其 Ｅ 为角位 移传 感器 中弹性元 件 的杨 氏模 量， ，为弹性 元件 的截面惯性 矩 ， 为 角位 移传 感器 中 ｓ 弹 性 元 件 的长 度 ；Ｆ ｉｗ 为激 振 器 产 生 的正 弦激 振 ｓ ｔ ｎ