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磁流变体材料稳定性研究

刘奇  
【摘要】: 利用磁流变液的可控流变学特性开发的磁流变器件,以其机械结构简单、功耗低和调节范围宽等优点,可以广泛用于建筑结构振动控制、机械系统振动控制和武器系统冲击抑制等重要领域。随着磁流变液工程应用研究的深入,提供性能可靠的磁流变液材料显得尤为重要,但是由于磁流变液材料组成及应用环境的复杂性,长期以来一直存在稳定性难以解决的问题。尽管国内外学者为此进行了大量研究,但结果并不理想。本文从磁流变液的组成和形成原理出发,采用触变剂和表面活性剂复合技术、磁性粒子的表面处理技术、固体润滑技术以及磁性液体做基液等,较好的解决了磁流变液材料的各项稳定性问题。本文研究内容如下: 从磁流变液的抗沉降团聚稳定性、温度稳定性和润滑稳定性三方面综述了磁流变液稳定性研究的现状和发展趋势,分析了磁流变液稳定性研究存在的问题和本文要开展的稳定性研究工作的意义。 分析磁流变液的流变学特性和基于重力场中的沉降稳定性原理,采用Bingham模型、Herschel-Bulkley模型来描述其流变特性,得出解决磁流变液稳定性的方法:通过基液和悬浮相表面改性、添加剂的合理应用以及磁性液体做载液和悬浮相粒径的合理分布可以很好的解决磁流变液的稳定性问题。并介绍了磁流变液的制备方法。 利用热力学原理与方法、分子和晶体结构理论以及电荷分布理论分析了触变剂在磁流变液中的作用机理;从表面活性剂的类型及分子构型特点出发,分析了表面活性剂在磁性粒子表面的吸附特性等。基于以上磁流变液稳定性原理,分别对Fe/PMMA包覆悬浮相、触变剂、磁性液体做基液以及表面活性剂对悬浮相表面改性等对磁流变液稳定性的影响进行了实验研究与验证,取得了较好的实验结果。 通过对构成磁流变液各组分的温度特性分析,得出了解决磁流变液温度稳定性的基本方法,利用热力学原理和能量转换理论分析了表面活性剂在磁流变液中的吸附与温度的关系、磁流变液零场粘度与温度的关系。通过对影响磁流变液润滑减磨性能的因素分析,得出了提高磁流变液润滑性能的方法,通过表面钝化或镀层技术、固体润滑技术能较好的解决磁流变液的润滑稳定性问题。“四球机”法和磁流变减震器台架试验结果表明通过以上方法制备的磁流变液具有良好的润滑减磨性能。


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