磁流变液启动装置的基础研究

【摘要】：磁流变液是一种新型的智能材料，由于其流变性质随着外磁场的变化而变化而得名：在没有外磁场的时候它呈现出流体性质，在对其施加外磁场的时候它又呈现出Bingham粘弹性性质。因为其独特的特性，它在各方面都有广阔的应用前景。诸多运用之一就是将它用于磁流变液软起动装置；这种磁流变液软起动装置能够提高起动性能。 在磁流变液软起动装置当中，输出的物理量为扭矩。要计算它的扭矩，首先需要找出其主要参数-屈服剪切应力τ_y和外磁场强度H之间的关系。在以前的研究中已经证明，τ_y(H)=aM_s~2+bH~2+cM_sH，其中，a，b，c是与铁磁材料颗粒的体积分数以及载体液粘滞系数等相关的参数。对于具体的磁流变液材料，磁性颗粒的饱和磁化强度M_s~2由材料决定，为一个常数。因而这一关系随磁流变液材料的不同而不同。只有根据磁流变液的实验数据求出相近似的屈服剪切应力τ_y和外磁场强度τ_y(H)-H的函数关系。本文从求解这一关系入手，通过拉格朗日插值法拟合函数拟合磁流变液生产厂商提供的实验数据得到了τ_y-H函数关系，还将拟合结果用图形工具箱进行了误差分析和验证。 按照实际应用的需要，文章中还根据磁流变液软起动装置在电动机启动中的应用设计出了实体模型。随后利用ANSYS有限元分析软件建立了磁流变液软起动装置的分析模型，对模型中的磁场分布进行了分析计算，得到了磁流变液磁场强度分布图；还用不同的材料、不同的结构、不同的激励进行了对比分析，并根据对比分析结果提出了优化的实体模型。同时，根据实体模型当中的磁场分布图形得出了磁场分布的函数。 在得到了τ_y-H函数关系和磁场强度分布函数之后，利用Bingham模型建立了磁流变液软起动装置输出扭矩的数学模型。输出扭矩包含基于外磁场的部分T_(MR)和基于粘度的部分T_(vis)，相比之下T_(vis)影响较小，可以忽略不计。论文还根据实体模型的尺寸对磁流变液起动装置的输出扭矩行了计算，为磁流变液的实际运用打下了理论基础。 为了能够对计算结果进行验证，本文设计了用于测试启动装置静态扭矩的试验台和对应的实验方法和步骤。