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磁流变体的研究状况及应用 第8页

更新时间:2011-12-7:  来源:毕业论文
  图7为不同电压下交流电压的频率对盘处的不平衡响应曲线的影响.可见,在一定的交流电压条件下,只有较低频率的交流电压对转子系统的动力特性有一定影响.随着交流电压频率的增大,交流磁场对转子系统动力特性的影响迅速减弱.当激励频率大于某一频率后,转子的振动与无磁场激励时的振动完全相同,盘型磁流变流体阻尼顺的动力特性不可控。
     虽然盘型磁流变流体阻尼器的动力特性在低频交流激励和高的交流磁场强度条件下是可控的,但是由于调制的出现,转子的运动时大时小,转子运动的范围随转子振幅的增大而增大.当交流电压很大时一,转子运动的范围一般在系统的一阶刚支临界转速附近最大.由于转子的运动时大时小,转子也要发生周期性的变形,对转子的疲劳寿命将会产生不利的影响,因此从转子动力学的角度来讲,采用直流激励的磁流变流体阻尼器的特性优于采用交变激励时的动
力特性.
    实际上,上述的各种现象容易从磁流变流体的工作机理上加以解释.磁流变流体的表观戮度之所以在磁场下发生变化是由于在磁场作用下磁流变流
图6不同电压频率时电压对转子系统不平衡响应的影响
体中的磁性粒子发生了定向排列形成链或柱状结构所致.磁流变流体中磁性粒子发生定向排列形成链或柱状结构需要一定的时间,这个时间除了与磁性流体的特性有关之外,还与外磁场的大小有关.磁流变流体中磁性粒子越多或激励磁越强,形成链或
图7不同电压时电压的频率对转子系统不平衡响应的影响
柱状结构所需的时间就越短.当磁场变化的周期大于链或柱状结构形成所需的时间,磁流变流体流变特性的可控性就会表现出来.当磁场的变化周期小于链或柱状结构形成所需的时间,磁流变流体中就不能形成链或柱状结构,磁流变流体的流变特性的可控性就不会出现,因此高频磁场激励条件下磁流变流体阻尼器的特性与无磁场激励时的特性相同,转子系统的振动也不会发生变化.
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    本文在盘型磁流变流体阻尼器一转子系统上详细地研究了交流磁场作用下盘型磁流变流体阻尼器一转子系统的动力学特性,结果发现激励磁场频率对系统的特性产生十分显著的影响.对于一定的磁场强度存在着一个能够影响系统特性的最大磁场频率,对于一定的磁场频率存在着一个能够影响系统特性的最低磁场强度.虽然在激励磁场的频率低于最大磁场频率或激励磁场的强度大于最低磁场强度的条件下,交变磁场同样会影响盘型磁流变流体阻尼器的动力特性,但由于出现的调制使转子的振动时大时小,引起转子额外的周期变形,因此从转子动力学的角度来讲,采用直流磁场控制的磁流变流体阻尼的特性优于采用交变磁场控制时的动力特性.
2.6磁流变液挤压增强效应的研究
1实验设备
使用的磁流变液,采用3-5  m平均粒径的羰基铁粉和硅油制成。颗粒的体积百分比为46%。实验设备如图1所示。使用铜制的容器来盛装磁流变液,这样可以让大部分的磁力线从磁流变液中穿过。磁场强度可以通过改变电磁铁中的电流来调节。磁感应强度用特斯拉计来测量,探笔插入样品中,由于颗粒的退磁作用,测量的结果会偏低。但是这不会影响相对值的比较。在磁流变液样品池内两侧测得磁感应强度几乎相同,这说明内部的磁感应强度是均一的。设备基础是软铁制成,所有部件都安装在它上面。容器一端用软铁磁芯和电磁铁封闭,另一端是软铁芯的螺栓封闭,通过旋转螺栓,可以沿磁场方向挤压磁流变液。压力的大小可以使用压力传感器测量。基础、螺栓、磁流变液和电磁铁可以构成一个完整的磁回路。一个金属片(铝制或铁制的)插入磁流变液来测量挤压增强效应,拉出金属片的拉力用力传感器测量。也就是说,拉动金属片10,直到结构破坏,就可以得到磁流变液的临界剪切屈服强度。
2.实验结果
使用上述设备,测量了磁流变液在不同磁场强度下(0~350mT)和不同的挤压应力下(0~10MPa)的剪切屈服强度。图2给出了用铝片测量的磁流变液在不同场强和挤压力下的屈服强度。测量结果用钻石点标出,数据被拟合成三维曲面。为了更清楚地解释实验结果,提取部分数据建立了如图3的二维曲线。当没有挤压力时,剪切屈服应力几乎随着磁感应强度线性增加。在较低的挤压应力2.0MPa和4.0MPa下,曲线也显出同样的趋势。当挤压应力增加后,剪切屈服强度和场强关系曲线也随之提高。例如,当挤压应力达到6.3MPa时,剪切屈服强度在低场强下稳定地增加,在某一确定的场强下,突然快速增加。而挤压应力再增加时,如9.9MPa,剪切屈服强度的增加变得稳定下来。这种现象是由挤压增强效应引起的。低挤压应力情况下(包括不挤压),颗粒未饱和时,抗剪力随磁场线性增长。当挤压载荷增加后,颗粒间距变得很小,偶极子的相互作用增强了,而建立的链状结构更难被破坏,所以表现为抗剪能力增强。挤压力越大,挤压增强效应越明显。如图所示,在高挤压载荷下,饱和现象更容易被观察到。而图4和图5是用铁片取代铝片测得的结果。除了相同的增加趋势以外,使用铁片的剪切强度大于使用铝片的结果。图6给出了铁片和铝片的比较结果。它们都是在275mT磁感应强度下测得的结果。在相同的压力下,铁片比铝片测得的结果要大很多。这种差别是壁面效应造成的。这同时造成了不同的破坏模式。使用铝片时,结构破坏发生在铝片和磁流变液的交界处。而使用铁片时破坏发生在磁流变液内部。这种现象表明铁片和磁流变液的结合强度大于磁流变液的剪切屈服强度。而铝片和磁流变液的结合强度低于磁流变液的剪切屈服强度。

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