磁流变液颗粒成链过程的理论和实验研究
磁流变阻尼器的动力学模型及其在车辆悬架中的应用研究

磁流变阻尼器的动力学模型及其在车辆悬架中的应用研究一、本文概述随着现代科技的不断进步和汽车工业的飞速发展,车辆悬架系统作为影响车辆行驶平稳性和安全性的关键部分,其性能优化越来越受到人们的关注。
其中,磁流变阻尼器作为一种新型智能材料阻尼器件,以其独特的性能调控能力和快速响应特性,在车辆悬架系统中展现出广阔的应用前景。
本文旨在深入研究磁流变阻尼器的动力学模型,探索其在车辆悬架系统中的应用效果,为提升车辆行驶性能提供理论支持和技术指导。
本文将系统介绍磁流变阻尼器的基本原理和特性,包括其工作机理、力学特性和调控方式等。
在此基础上,建立磁流变阻尼器的动力学模型,通过理论分析和数值仿真,探讨其动力学特性及影响因素。
本文将研究磁流变阻尼器在车辆悬架系统中的应用,分析其对车辆振动特性和行驶稳定性的影响。
通过构建车辆悬架系统模型,结合仿真实验和实车测试,评估磁流变阻尼器在改善车辆行驶性能方面的实际效果。
本文还将对磁流变阻尼器在车辆悬架应用中的关键技术问题进行探讨,提出相应的解决方案和优化策略,为其在实际工程中的应用提供参考。
通过本文的研究,旨在推动磁流变阻尼器在车辆悬架系统中的应用发展,为提升车辆行驶性能、增强驾驶舒适性和安全性提供有力支持。
也为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、磁流变阻尼器概述磁流变阻尼器(Magnetorheological Dampers,简称MRDs)是一种基于磁流变液(Magnetorheological Fluid,简称MRF)的智能材料制成的被动或半主动控制元件,因其具有优良的阻尼特性和响应速度快等特性,近年来在车辆悬架系统、建筑振动控制以及军事领域等得到了广泛的应用。
磁流变液是一种由微米级铁磁颗粒和非导磁性载液混合而成的悬浮液,其粘度在磁场的作用下可以迅速并可逆地改变。
磁流变阻尼器正是利用了这一独特的物理特性,通过调整磁场强度,实现对阻尼力的连续、快速和可逆的控制。
磁流变液相变研究-吉首大学学报自然科学版

Uij =
j i ij
f
( 1- 3cos 3 r ij
2 ij
)
.
( 3)
其中 : r ij = r i - r j ;
ij
是外磁场 H 和 r
N
间的夹角 , 对 j 求和遍及除 i 之外的所有粒子. 若每个粒子的质量
N N
为 m , 体系包含 N 个粒子, 则体系中粒子的总能量为 W=
i=1
注
曲线上方为固体区域 , 曲线下方为液体区域
注
曲线上方为固体区域 , 曲线下方为液体区域
图 1 临界磁场与 磁导率比的关系
图 2 临界温度与磁导 率比的关系
第3期
王小云 , 等 : 磁流变液相变研 究
63
为了验证理论推导的准确性 , 用相同的方法研究电流变液的相变. 结果发现 , 当取参数 L = 80 m, a = 2 m, n = 1
Vol. 25 No. 3 Sep. 2004
2004 年 9 月
文章编号 : 1007- 2985( 2004) 03- 0060- 04
磁流变液相变研究
王小云 , 赵鹤平 , 颜
摘
1, 2 1, 2
琳 , 颜晓红
1, 2
2
( 1. 湘潭大学材料与光电物理学院 , 湖南 湘潭 411105; 2. 吉首大学物理科学与信息工程学院 , 湖南 吉首
416000)
要 : 基于简单偶极子模型计算磁流变 液体系的自由能 , 考虑了体系中粒子的渗透 压 , 研 究磁流变液 的液固相变 . 结
果发现当外加磁场超过一临界值时 , 体系发生 由液相向固相的转变 , 同时温度变化也引起磁流变液 的相变 . 关键词 : 磁流变液 ; 临界磁场 ; 相变 中图分类号 : 0361. 3 文献标识码 : A
流体中的磁流体现象和磁流变现象

流体中的磁流体现象和磁流变现象磁流体现象(Magneto-fluid phenomena)和磁流变现象(Magneto-rheological phenomena)是研究流体中磁场作用下的特殊现象。
本文将探讨这两个现象的原理和应用,并讨论它们在科学研究和工程领域中的重要性。
一、磁流体现象磁流体现象是指当磁场作用于流体时,流体的物理性质发生变化的现象。
磁流体是一种由胶状基质和包含微米级磁性颗粒的悬浮液组成的复合材料。
当磁场施加到磁流体上时,磁性颗粒受到磁场的作用而发生定向排列,使得流体的粘度和流变性质随之改变。
磁流体具有独特的特性和应用价值。
首先,磁流体的粘度可以通过调节磁场的强度来实现非接触式的调控,这使得它在精密仪器、自动化系统和减振装置中得到广泛应用。
其次,磁流体的粘度变化范围较大,从高粘度到低粘度的变化可以在几毫秒的时间内实现,这使得磁流体在阻尼控制、能量吸收和流变减振系统中具有广泛应用前景。
再次,磁流体可以实现流体控制和密封性能的同时,增强流体的导热性能,这对于热管理和热传递领域有着重要的应用。
二、磁流变现象磁流变现象是指在磁场作用下,磁流变材料的流变特性发生变化的现象。
磁流变材料是一种由基质和添加了铁磁性微粒的流体或固体组成的复合材料。
在无磁场或弱磁场下,磁流变材料的流变特性类似于常规的流体或材料,而在强磁场下,磁流变材料的流变特性发生剧烈变化,表现出高固体化特性。
磁流变材料的流变特性可以通过外加磁场进行精确控制,这使得它在机械工程、液体密封和振动控制等领域得到广泛应用。
例如,在汽车悬挂系统中,通过调节磁场的强度可以实现车辆的主动悬挂调节,提高行驶的平稳性和舒适性。
在航天器和舰船的减震系统中,磁流变材料可以根据载荷的变化实时调整减震性能,保护设备的运行稳定性。
三、磁流体现象和磁流变现象的应用磁流体现象和磁流变现象不仅在科学研究领域具有重要价值,也在各个工程领域发挥着重要作用。
以下是它们的一些主要应用:1. 工业应用:磁流体的粘度调控能够实现精密仪器的阻尼控制、铣削和磨削过程中的振动吸附,以及流体密封装置中的流阻控制等。
磁流变液材料的研究进展和应用前景

收缩引起的粒子体积分数变化对屈服应力的影响比
较小,这样大大拓宽了磁流变液的应用领域。
()响应时间 磁流变液的响应时间为毫秒数 4
量级。例如一个磁流变液模型减振器, 施加外磁场 后, 65 内可以达到流变平衡。磁场产生的 在 . s m 速度是影响响应时间的关键因素。 性能优良的磁流变液应该具有如下主要特征: ①零磁场薪度低,以便使其在磁场作用下同等剪切 屈服强度增长时具有更宽的调节范围;②强磁场下 剪切屈服强度高,至少应达到 2一3 ka 这是衡 0 0 , P 量磁流变液性能的主要指标之一; ③抗沉降稳定性 好,长时间存放应基本不分层,或即使略有分层, 也可以在轻微外扰动情况下迅速恢复均匀分散的状 态。此外, 磁流变液还应该具有能耗低、无毒、不 挥发、 无异味、杂质干扰小、温度使用范围宽以及 响应速度快等特征。许多研究者发现磁流变液的力 学性能随a F 粒子尺寸的增大而升高,达一定粒 一e 径后剪切应力不再变化[ 1o t〕 [ 2 Fl1发现磁流变液 1 1 [ 0 - eo
扩散在母液当中。磁性颗粒吸附表面活性剂以后, 由于亲油基的 “ 鞭梢”相互缠绕及排斥,一方面会 增加颗粒的体积,减少它们相互吸引碰撞的机会; 另一方面会在母液内部形成一个相互作用的三维骨 架, 从而降低由于颗粒与母液的密度差而造成的颗 粒沉降[。 s ]
2 磁流变液的流变机理
迄今为止, 磁流变( ) MR 效应产生的机理还没 有明确的、完全成熟的物理解释。MR效应最直观 的解释是, 在两极板间形成的链束状结构像桥一样 横架在极板之间,阻碍了流体的正常流动, 使其产 生类固体的特征。 颗粒在磁场下成链或链束的原因 存在很多假说, 较有代表性且广为接受的有相变理 论或场致偶极矩理论。 21 相变理论 . 该理论认为在零磁场作用下,弥散在母液中的 悬浮颗粒为随机状态,其迁徙和转动受热波动影
磁流变液的研究与应用_唐龙

46 重庆理工大学学报 起到了良好的抗后坐效果。 美国学者已经系统研 究了磁流变器件在建筑结构振动控制中的应用, 建立了磁流变隔振的非线性模型, 提出了基于加 Optimal 控制策略, 速度反馈的 clipped并针对钢框 架结构进行磁流变控制的振动台试验研究。 结果 表明, 磁流变半主动控制效果比被动控制效果好 得多, 且控制效果总是稳定的
[18 - 22 ]
种扰动过程中的载荷, 严重地影响了结构的可靠 性和精确度, 也导致结构的损伤与断裂, 严重地威 缩短设备使用寿命, 造成安全 胁设备的正常运行, 隐患。因此, 结构自适应控制成为设计制造的关 键问题。磁流变液在结构振动抑制方面的应用主 要是利用磁流变液的黏度和剪切屈服应力能随磁 可逆变化这一力学特性, 制成一种易于控 场迅速、 制、 连续可调的阻尼介质, 为结构振动抑制研究提 供了一种新的途径。 车辆在行驶过程中, 车身要受到巨大的冲击, 这样会使车辆的底盘受到剧烈的撞击力, 从而对 乘客以及车上仪表等造成严重的伤害。 普通的机 减振效果差, 不能满足车辆在 械减振器性能单一, 不同路况时的动态变化要求。 磁流变液减振器作 为一种在一定范围内阻尼 力 由 磁 场 快 速 无 级 调 节、 结构简单、 功耗小的新型阻尼可调减振器, 利 用磁流变液作为减振器工作液, 通过施加外磁场
[3 ]
多重要工程和尖端技术领域。 磁流变技术涉及到 众多学科, 如材料科学、 流体学、 高 分 子 化 学、 力 计算机、 自动控制及机械等, 磁流变技术的发 学、 展将带动相关技术的进步。 磁流变液还可以解决 一些工程中目前难于解决的实际问题, 近年来受
。而当撤去
外加磁场时, 磁流变液又恢复良好的流动性。 根
[12 ]
。
[6 ]
磁流变液体在振动控制中的应用研究

磁流变液体在振动控制中的应用研究随着科技的不断进步和创新,磁流变液体作为新型智能材料之一,被广泛应用于振动控制中。
磁流变液体具有流动性强、流变性能可控、响应速度快等优点,使得它在振动控制领域中展现出强大的潜力。
本文将从多个角度剖析磁流变液体在振动控制中的应用研究。
一、磁流变液体及其特性磁流变液体是一种含有微米级磁性粒子的液体,其主要组成成分是稳定体、磁粉和传导载体等。
磁流变液体具有以下特性:1.流动性强:磁流变液体是具有流动性的液体,在不受外力作用下即可自由流动。
2.流变性能可控:当磁流变液体处于磁场作用下时,其中的磁性粒子会发生排列,粒子之间产生相互作用力,从而改变液体的流变性能。
3.响应速度快:磁流变液体有着非常高的响应速度,响应时间可以在毫秒级别内完成。
以上特性使得磁流变液体具有广泛的应用前景,尤其在振动控制中发挥着重要作用。
二、磁流变液体应用于振动控制1.磁流变液体阻尼器磁流变液体阻尼器是一种利用磁流变液体作为阻尼剂的装置,主要用于振动控制系统和减震系统中。
该阻尼器的主要原理是在磁场的作用下,磁流变液体在缩短距离和流动时产生阻尼,从而起到减震和消除振动的作用。
磁流变液体阻尼器具有稳定的阻尼特性、良好的控制性能、较小的体积和重量等优点,被广泛应用于汽车、高速列车、建筑物、船舶等场合中。
2.振动控制器振动控制器是一种利用磁流变液体的流变性能控制系统振动的装置。
它主要由磁流变液体和磁场控制器两部分组成。
当振动器工作时,磁流变液体被施加磁场,从而导致振动器的振幅和频率发生变化,达到控制振动的目的。
振动控制器具有响应速度快、能耗低、控制范围广等优点,被广泛应用于工业制造、航空航天、环保等领域。
三、磁流变液体在振动控制中的优越性1.响应速度快磁流变液体作为一种智能材料,响应速度非常快,响应时间可以在毫秒级别内完成。
这使得磁流变液体在振动控制中表现出了重要的优越性。
2.能耗低磁流变液体在施加磁场后可以产生流变,实现振动控制,但其能量耗费远远低于传统方法。
磁流体的原理及应用实例

磁流体的原理及应用实例引言磁流体是一种具有独特性质的特殊液体,它可以在磁场的作用下改变形状和性质。
本文将介绍磁流体的原理及一些应用实例。
磁流体的原理磁流体的原理基于磁性颗粒在液体中的悬浮稳定性。
磁流体由磁性颗粒和悬浮介质组成。
磁性颗粒通常由微小的铁、铁氧体或钴等磁性材料组成,而悬浮介质一般是适当的溶剂。
磁流体的独特性质源自磁性颗粒在磁场中的行为。
当磁场应用于磁流体时,磁性颗粒会被磁力线吸引并排列成链状或网状结构。
这种排列可以改变磁流体的形状、粘度和导电性等特性。
磁流体的应用实例1. 磁流变液体减振器磁流体可以用作减振器的阻尼材料。
通过调节磁流体中磁性颗粒的排列,可以改变阻尼特性,从而实现减振效果。
磁流体减振器广泛应用于汽车悬挂系统、建筑结构和航空航天工程等领域。
2. 磁流体密封装置磁流体可以用于制造密封装置,例如磁流体密封轴承和磁流体密封装置。
磁流体密封装置具有无摩擦、长寿命、耐高温和耐腐蚀等优点,广泛应用于航空航天、汽车和工业设备领域。
3. 磁流体传动系统磁流体传动系统是利用磁流体的特性实现动力传递的装置。
通过调节磁场的强度和方向,可以控制磁性颗粒的排列和流动,从而实现动力传递。
磁流体传动系统广泛应用于制造业,特别是机械传动和控制领域。
4. 磁流体显示器磁流体显示器是一种通过控制磁流体的形状和位置来实现显示效果的装置。
磁流体显示器具有反应速度快、可视角度广和耐用性好等特点,被广泛应用于电子设备、汽车仪表盘和广告牌等领域。
5. 磁流体制动器磁流体制动器是一种通过改变磁流体阻尼特性来实现制动效果的装置。
磁流体制动器具有可调节性、精度高和快速响应等特点,被广泛应用于车辆制动系统、工业机械和船舶等领域。
结论磁流体是一种具有独特性质的特殊液体,在磁场的作用下可以改变形状和性质。
磁流体的原理基于磁性颗粒在液体中的悬浮稳定性。
磁流体的应用包括磁流变液体减振器、磁流体密封装置、磁流体传动系统、磁流体显示器和磁流体制动器等。
磁流变液的配制及其流变模型的研究与对减振器设计

2
磁流变液的配制工艺
磁流变液是一种两相悬浮体系, 只有当固相颗粒
2.1 磁流变液的分散工艺 均匀地分散于液相中, 并且其均匀度不随时间的变化 而变化(或者变化极为缓慢)时,磁流变液才具有优 异的工作性能。但由于如下原因,磁性颗粒在加入到 液相中之前,一般处于团聚状态:在冲击和摩擦等机 械力作用下,颗粒表面积累了大量的正电荷或负电 荷,这些电荷互相吸引而导致颗粒的团聚;微米级颗 粒的表面能很高,处于极不稳定状态,具有通过团聚 来降低表面能的趋势; 微米级颗粒的粒径小、 间距短, 与重力相比较, 造成颗粒之间相互吸引的范德华引力 已经无法忽略; 颗粒之间的氢键以及吸附湿桥也具有
万方数据
580
功
τ-14.7890=0.2524γ
能
( 8) ( 9)
材
料
2004 年增刊(35)卷
Herschel-Bulkley 模型: τ-10.7627=1.0654γ0.7808 将实测数据和两个模型的拟合曲线作图得到图 3,从中可以看出,磁流变液屈服后的流变性能更接 近于幂律模型。 图4 简化的自制阻尼器内部结构示意图
ξ-电位及空间位阻。
由 DLVO 理论[6]可知,颗粒粒径、水及ξ-电位 都是通过影响颗粒间静电排斥作用能来影响悬浮液 的稳定性。颗粒粒径越大,颗粒间静电排斥作用能越 大,当颗粒粒径足够大时,便可实现只靠静电排斥力 实现颗粒稳定分散。水存在时,它可离解为质子和氢 氧概离子,并被选择性吸附,使颗粒表面带碱性,从 而使ξ-电位发生改变,而ξ-电位越大,颗粒间静电 排斥作用能越大,悬浮液也越稳定。 空间位阻则是指能在悬浮体系中形成空间网状 结构的物质, 它通过产生空间斥力能来实现悬浮液的 稳定性。 在实际的磁流变液制备过程中,水和 ξ - 电位是 很难通过简单有效的办法加以调控, 而颗粒粒径也是 随原材料而固定的, 因此只能采用空间位阻作用来实 现磁流变液分散体系的稳定性。我们先后研究了以 OP 乳化剂、油酸、磷酸三磷脂等表面活性剂以及有 机粘土为分散剂的磁流变液的稳定状况, 综合比较来 看,有机粘土是最为理想的稳定剂。图 1 为添加有机 粘土稳定剂工艺前后磁液变液的显微照片。
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响较 少 , 所 以模 拟 时 只 需考 虑 外 加 磁 场所 引起 的静 磁 能E 、 颗 粒 间静磁 相互 作用 能 E 及 位 阻 能 En的作 用 。每个 颗粒 的 总能量 :
磁 流变液 中磁 性 颗粒 的能 量 主 要 由 6部 分 组 成 , 即颗 粒 的 重 力 梯 度 能 、 热 运 动能 、 外 场 所 引 起 的静 磁 能、 界面 活性 剂分 子 所 产 生 的位 阻能 以及 颗粒 间静 磁
智 能材料 , 其 由微米 级 的磁 性 颗粒 、 低 磁 导率 的载液 和
高分 子表 面活性 剂 配制而成 。作 为一 种新 型 的 可控 智
相互作 用 能 与 Va n d e r Wa a l s引力 能 。 由 于重 力 梯 度
能、 热运 动能 不变 , 而 Va n d e r Wa a l s引力 能对 颗 粒 影
能材 料 , 磁 流变 液 以其 特有 的磁 流 变效 应 备 受 科 技 界 和产 业界 的重 视 , 成 功应 用 于 汽 车 、 机械 、 建筑 、 航空、 医疗 等诸 多领 域 ] 。 磁流 变液 在不 加 磁 场 时是 可 流 动 的液 体 , 与 牛 顿 流 体相似 。然 而在 强 磁 场 的作 用 下 , 其 流 变 特 性 发 生 急剧 的变 化 , 表 现为 类似 固体 的性质 , 能 承受 较 大 的屈
型, 模 拟 了三维 状态下 磁性 颗粒 成链 过程 , 并 分 析 了影 响成链 速度 的因素 。这些 理论 都是定 性 描述 磁 流变 液
布状 态。随 着磁 场 强 度 的 增加 , 磁 性 颗 粒 产 生磁 团聚
形 成链状 絮凝 体 , 进 而 由二 连 体 或 三 连 体 发 展 到 多 连
E 一 EH+ EM+ E H ( 1 )
( 1 )静 磁 能 :
E H一 一 / 1 ・H
( 2 )颗粒 问静 磁相 互作 用能 :
观方 面进 行 了大量 的研 究 。 国外 , L e ma i r e等 l _ 5 ] 通 过
计算 两磁 化小 球 间相 互 作 用 力 , 得 出磁 流 变 液 剪 切 屈
链 状结 构形 成 的 原 因 , 并 推 导 出屈 服应 力 公 式 。李 海
了磁 流 变液成链 过 程 的 物理 模 型 , 采 用 蒙特 卡 罗方 法 模拟 了其在 渐 变磁 场 作 用下 成链 的详 细过 程 。其 次 ,
采 用光 学显微镜 观察 了磁 流 变液在渐 变磁 场作 用下 的 成链 过程 。数值 模拟 和 实验 结 果表 明 , 在 平行 磁 场 中,
中图分类号 : T B 3 8 1
文献标识码 : A
2 理 论 研 究
2 . 1 物 理 模 型 的 建 立
文章 编号 : 1 0 0 1 — 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 — 0 5 2 2 — 0 5
1 引 言
磁流 变液 是近 3 O年 来 迅速 发 展 起 来 的一 种 新 型
当外部磁 场 为零 时 , 磁 流 变 液 的 磁 性 颗 粒 处 于 随 机 分
涛等 _ 1 深入 研究 了磁 流变 液成 链 机 理 , 证 明 了磁 颗 粒 间 的斥 力分 量 和引力 分量 是导致 颗粒 成链 排 列 的主 要 原因; 李 国 强 等[ 1 建 立 了磁 性 颗 粒 的三 维 动 力 学 模
体, 甚至 网状及 柱 状 结 构 ; 在 倾 斜 磁 场 中, 磁 流 变液 中 的 聚合链 也 同时 旋转 , 磁 性 颗 粒 沿 着磁 场 方 向 从 小链
效应 , 对颗 粒 的具体成 链 过程缺 乏详 细且 定 量 的分 析 。 此外 , 影 响磁流 变 液链 状 结 构 的因 素很 多 , 如载液、 表 面活 性剂 、 磁性 颗粒 、 粘度 、 体积 分数 和磁 场 等 , 其 中磁 场对 MR F微 结构 的 变化 最 为 明显 。因此 本 文通 过 计 算机 模拟 及实 验 的方法对 磁 流变液 颗粒 在渐 变 磁场 作 用下 成链 过程 进行 了分析 研究 。
助
材
料
2 0 1 3 年第4 期( 4 4 ) 卷
磁ห้องสมุดไป่ตู้流 变 液 颗 粒 成 链 过 程 的理 论 和 实 验 研 究
贺 杰 , 高丽 霞 , 龙 正 , 刘永 志 , 刘 秀梅
( 中国矿业 大学 机 电工程 学 院 , 江苏 徐 州 2 2 1 1 I 6 ) 摘 要 : 通 过计 算机 模 拟 及 实验 研 究 了磁 流 变液颗
E m 一
( 3 )位 阻能 :
一 一 寿 c …
. r , }
服 应力 的理论 计算 公 式 ;R o s e n s we i g ¨ 7 提 出了平 均 场
连 续模 型 , 运用 非对 称 应力 分 析 和 Ma x we l l 应 力 张 力
理论 分析 了磁 流变效 应 中含层状 和柱 状 聚集 结 构时 的 应力 ; J o l l y等 _ 8 采 用偶 极 子理 论模 型 数值 计算 了磁 流 变 液链状 结构 的屈 服应力 ; C l i me n t 等_ g 通过模 拟 颗粒 成链 的三维演 化 过程 , 发 现磁 场 强 度增 大到 一 定 程 度
粒 在 渐 变磁 场 作 用 下 的 成 链 过 程 。 首 先 从 理 论 上 建 立
时, 颗 粒会 克服 热运动 而有 序排列 。随着 时 间 的增加 ,
链 的长度也 会增 加 。国 内 , 赵 四海等口 。 。 应用 DI VO 理 论 探讨 了磁 流变 液 中磁性 颗 粒 间 的相互 作 用 , 分析 了
逐 渐增 大到 大链 , 最 后 全部 沿着 磁 场 方 向呈 链 状 或 柱
状排 列 。研 究结果 对优化磁 流 变液材 料 的 配置 和设 计 高性能磁 流 变液装 置具有 重要 意 义。
关键 词 : 磁流 变液 ; 蒙特 卡 罗方法 ; 高速 摄 影 ; 成 链 机
理: 剪 切 屈 服 应 力