基于多孔泡沫金屬的磁流變液阻尼材料的理論及實驗研究.pdf

1、磁流變液阻尼器作為一種半主動可控的阻尼器件，自磁流變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后一直是學(xué)術(shù)界和工程界的研究熱點。這種阻尼可控器件，其內(nèi)部阻尼介質(zhì)采用磁流變液，該液體主要由微米級尺寸大小的磁性顆粒與載液和穩(wěn)定劑混合而成，通過調(diào)節(jié)不同強(qiáng)度的外加磁場，使阻尼通道中磁流變液的流動特性發(fā)生變化，從而控制阻尼力。目前高性能的磁流變液在市場上已可以購買，但價格昂貴，因此只有在一些重要或高端的技術(shù)領(lǐng)域，有可控磁流變液阻尼器的應(yīng)用實例。傳統(tǒng)的磁流變阻尼器由于是采用腔體充滿

2、磁流變液的設(shè)計方式，用量大，同時還需專門的密封裝置，導(dǎo)致價格昂貴；另外在工作時，硬質(zhì)的磁性顆粒極易進(jìn)入到密封部位的間隙里，加劇了密封處的磨損，影響了阻尼器的壽命。
　　 本論文針對磁流變液阻尼器在工程應(yīng)用中碰到的價格昂貴和使用壽命短的瓶頸問題，以現(xiàn)有的多孔海綿磁流變液阻尼器設(shè)計為模版，研究了采用多孔泡沫金屬替代多孔海綿儲存磁流變液并產(chǎn)生阻尼的新型磁流變液阻尼材料的可行性，對這種磁流變液阻尼材料產(chǎn)生阻尼效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了理論和實驗研

3、究，并對該材料的動態(tài)響應(yīng)和阻尼性能進(jìn)行了測試和分析。
　　 本論文完成的主要工作有：
　　 1)提出多孔材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇原則，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了測試，為選擇合適的多孔材料儲存磁流變液并產(chǎn)生阻尼提供實驗依據(jù)。研究了磁流變液在毛細(xì)管中的上升現(xiàn)象，得到磁流變液在毛細(xì)管中的上升高度與孔徑的關(guān)系以及毛細(xì)管內(nèi)的磁流變液性能變化情況，初步確定了保證磁流變液性能不產(chǎn)生較大變化的最小孔徑；測試了不同種類和不同孔隙率的多孔材料儲存磁流變液的

4、能力，分析了磁流變液在通過多孔材料后的滲透情況。
　　 2)分析和測試了多孔泡沫金屬的性能。針對選擇的多孔泡沫金屬（銅、鐵、鎳），利用石蠟熔融法，測出多孔泡沫金屬的孔隙率，測試了在重力作用下，磁流變液通過多孔泡沫金屬后的性能變化與多孔泡沫金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系；對不同種類多孔泡沫金屬的相對磁導(dǎo)率及對磁場分布的影響進(jìn)行了理論和實驗研究。
　　 3)研究了磁流變液在磁場作用下的上升機(jī)理，建立了用于計算磁流變液上升高度的理論模型，

5、搭建了測試磁流變液上升高度的裝置，測試了磁流變液在不同強(qiáng)度外加磁場下的上升高度，實驗驗證了所建立的磁流變液上升高度計算模型的準(zhǔn)確性，磁流變液上升高度的理論模型建立和實驗驗證工作為分析多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材料的阻尼效應(yīng)提供了理論依據(jù)。
　　 4)搭建了多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材料的性能測試系統(tǒng)，研究了剪切轉(zhuǎn)矩及其影響因素。介紹了性能測試裝置的工作原理、主要結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)，采用計算、仿真和實驗的方法分析了所設(shè)計裝置的內(nèi)部磁場分布

6、。應(yīng)用搭建的實驗裝置研究了不同多孔泡沫金屬、剪切間隙、外加電流（磁場）及剪切應(yīng)變等對多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材料剪切轉(zhuǎn)矩的影響。結(jié)果表明，采用多孔泡沫金屬銅儲存磁流變液時產(chǎn)生的剪切轉(zhuǎn)矩最大；對于多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材料，在外加磁場強(qiáng)度和剪切間隙相同的條件下，從多孔泡沫金屬中析出磁流變液的量對剪切轉(zhuǎn)矩的影響非常大。
　　 5)研究了多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材料的動態(tài)響應(yīng)性能。定義了三個時間參數(shù)用于表征多孔泡沫金屬磁流變液阻尼材