智能材料在汽車冷卻系統(tǒng)中的應用與設計
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目 錄
一、緒論 1
1.1發(fā)動機冷卻系統(tǒng) 1
1.1.1發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的功能 1
1.1.2冷卻系統(tǒng)調節(jié)的工作原理 1
1.1.3冷卻系統(tǒng)調節(jié)的主要途徑 2
1.2目前風扇離合器及存在的問題 3
1.3磁流變液離合器 3
1.4本課題的主要工作 4
二、磁流變液 5
2.1磁流變液的組成 5
2.1.1磁性顆粒 5
2.1.2載 液 6
2.1.3添加劑 6
2.2磁流變液的性能 7
2.2.1磁流變液的性能要求 7
2.2.2 磁流變液的物理性能 7
2.2.3磁流變液的化學性能 8
2.2.4磁流變液的力學性能 8
2.2.5磁流變液的質量因數(shù) 10
2.2.6幾種磁流變液的性能 11
2.3磁流變效應 15
2.3.1 磁流變效應的特征 15
2.3.2 磁流變效應的機理 15
2.3.3磁流變液的磁疇理論 16
2.3.4磁流變液的鏈化模型 17
2.3.5影響磁流變效應的因素 18
2.4磁流變液應用于離合器 22
三、圓筒式磁流變離合器 23
3.1圓筒式磁流變離合器工作原理 23
3.2圓筒式磁流變離合器理論分析 23
3.2.1 數(shù)學模型 23
3.2.2 流動分析 25
四、磁流變離合器設計 29
4.1磁流變離合器的失效形式和設計準則 29
4.1.1最大有效轉矩 29
4.1.2粘塑性滑動和打滑 29
4.1.3失效形式 30
4.1.4 設計準則 30
4.1.5圓筒式磁流變離合器的關鍵尺寸 30
4.2圓筒式磁流變離合器的設計方法 32
4.2.1原始數(shù)據(jù)及設計內容 32
4.2.2設計方法 32
4.3圓筒式磁流變離合器設計 33
4.3.1圓筒式磁流變離合器結構 33
4.3.2圓筒式磁流變離合器設計計算 35
結束語 45
致 謝 46
參考文獻 47
附錄 英文文獻翻譯 48
57
智能材料在汽車冷卻系統(tǒng)中的應用與設計
摘要
由于冷卻水溫與發(fā)動機的許多工作性能有著直接或間接的關系，如果冷卻水溫保持最佳的溫度范圍內，不僅可以提高發(fā)動機的動力性、減少廢氣的產生、還可以減少燃料消耗量、增強發(fā)動機工作平穩(wěn)性。
磁流變液 (MRF)是一種在外加磁場作用下流變特性發(fā)生急劇變化的材料，它在無外加磁場作用時呈現(xiàn)牛頓流體的流動特性，然而在強磁場作用下，其表觀粘度可在毫秒級的短時間內增加幾個數(shù)量級以上，并呈現(xiàn)類似固體的力學性質，而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的，即一旦去掉磁場后，又變成可以流動的液體。
圓筒式磁流變離合器是一種利用磁流變液剪切應力來進行離合的一種裝置，它傳遞的力矩隨外加磁場的變化迅速變化。在沒有磁場作用的情況下，磁流變液處于液體狀態(tài)，離合器的離合力矩僅為粘性阻力。當有一個外加磁場作用時，磁流變液中的極性粒子馬上被極化并沿著磁力線方程成鏈狀分布。這種鏈狀結構就使磁流變液的剪切應力增大，表現(xiàn)出塑性體的特性，因此離合器就可以傳遞一定的力矩。力矩的大小可以通過調節(jié)磁場強度的大小來控制。磁流變離合器具有傳動平穩(wěn)、均衡、結構簡單、緊湊、操作簡便、能耗低、壽命長等優(yōu)良性能。
本文首先對磁流變液的材料及流變特性進行了介紹，對磁流變液本構模型進行了分析。對磁流變液的傳力方式進行了討論，并根據(jù)剪切模式建立了磁流變液的傳力模型，完成了圓筒式磁流變離合器的設計，得出了基本設計公式。
關鍵詞：冷卻系統(tǒng)；磁流變液；離合器；傳力模型；幾何設計方法
The Intelligent Material Is Used For Car Cooling System
Of Application And Design
ABSTRACT
It's well known that cooling water temperature is very important to diesel engine.If cooling water temperature can keep in the optimal ange of cooling water temperature, diesel engine's power can be improved,and less exhaust gas produced, reduce fuel wastage and engine work more calmly.
Magnetorheological(MR) fluids consist of stable suspensions of particles in a carrying fluid such as silicone oils, responding to an applied magnetic field in their rheological behavior. In the absence of applied magnetic field, MR fluids exhibit Newtonian-like behavior. Upon application of a magnetic field, the suspended particles in the MR fluids become polarized and aligned in the direction of the magnetic field. The fluids behave as a semi-solid having a controllable yield stress .
An MR fluid clutch device achieves braking by shear force of the MR fluid.An MR fluid clutch has the property that its torque changes quickly in response to an extenral magnetic field.In the absence of an applied magnetic field,the torque is the viscous force of MR fluids in liquid state.When the external magnetic field is applied,the suspended particles in the MR fluids become polarized and gathered to form chain-like structure. These chain-like structures restrict the movement of the MR fluids,thereby increasing the yield stress of the fluids.The clutch can be achieved by utilizing the shear stress of the MR fluids.The torque can be adjusted continuously by changing the magnetic field strength.
In this paper,the rheological behavior of MR fluids are introduced and the constitutive equation is analyzed, then, the design method of the MR fluids clutch is investigated theoretically.The equation of the torque transmitted by the MR fluids in the clutch is derived to provide the theoretical foundation in the design of the clutch.
Keywords: Cooling System;Magnetorheological fluids(MRF);clutch;mechanical mode;geometric design method
一、緒論
1.1發(fā)動機冷卻系統(tǒng)
1.1.1發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的功能
發(fā)動機冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機整體性能及可靠性、耐久性有很大影響。發(fā)動機運轉時，與高溫燃氣相接觸的零部件（如氣缸蓋、氣缸套、活塞、氣門等）受到強烈的加熱，它的強度下降，而且熱應力很大。如果發(fā)動機得不到充分冷卻，即過熱，會產生很多不良后果。如:機械強度降低，甚至可能出現(xiàn)熱變形，破壞零件之間的配合間隙，引起零件強烈磨損，嚴重時，還可能發(fā)生零件斷裂事故.高溫也會引起氣缸壁機油變質，使之失去潤滑性能，甚至結焦。高溫還會引起發(fā)動機充氣系數(shù)下降，使其功率降低。另外，氣缸套和活塞的最大熱負荷受潤滑條件的限制，溫度超過240'C，就會因機油碳化，使活塞環(huán)膠結失去彈性并刮傷缸壁，磨損加劇;輕金屬活塞的熱應力是受溫度制約的，隨著溫度的增加，鋁合金的強度將很快降低，溫度達到380-500℃以上，就不可能保證可靠運轉。反之,冷卻系統(tǒng)的冷卻能力過強，也是非常有害的。發(fā)動機過冷，散熱損失的熱量多，發(fā)動機工作的熱效率低，功率下降而耗油增加:零件過冷，膨脹量不足，相互之間的配合間隙大，零件在運動過程中相互碰撞，運轉噪音增大且加快磨損速度:冷卻溫度低，會惡化混合氣的形成和燃燒，使發(fā)動機工作粗暴，增加機油粘度和摩擦功率[1]。因此，冷卻系統(tǒng)的重要作用是使發(fā)動機盡快升溫，并使其保持恒溫：將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去,保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動機過熱,也要防止冬季發(fā)動機過冷。在發(fā)動機冷起動之后,冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動機迅速升溫,盡快達到正常的工作溫度
1.1.2冷卻系統(tǒng)調節(jié)的工作原理
目前汽車發(fā)動機多采用強制循環(huán)水冷系統(tǒng)。發(fā)動機氣缸蓋和氣缸體中都有水套。水泵將冷卻水從機外吸入加壓，使冷水在水套內流動，帶走鄰近部件的熱量。冷卻水吸熱后自身溫度升高，進入車前端的散熱器(水箱)內。由于汽車前進和風扇的抽吸，外界冷空氣通過散熱器，帶走散熱器內冷卻水的熱量并送入大氣。當散熱器中的冷卻水得到冷卻后，在水泵的作用下，再次進入水套.如此循環(huán)不斷地冷卻了發(fā)動機的高溫部件。
圖1.1冷卻系統(tǒng)的圖解：管道系統(tǒng)是如何連接的
1.1.3冷卻系統(tǒng)調節(jié)的主要途徑
現(xiàn)代汽車一般都采用改變通過散熱器的空氣量或改變冷卻水的流量來控制冷卻的效果。
一是調節(jié)冷卻風量。冷卻風扇的轉速與風量成正比;而風量與風速成正比例關系。在發(fā)動機穩(wěn)定運行狀態(tài)，風速與單位時間散熱量成正比;而散熱量與冷卻液的溫度變化值(即溫度差)成正比.因此，通過控制冷卻風扇的轉速可以控制冷卻液的溫度。在發(fā)動機穩(wěn)定運行的狀態(tài)下，風扇轉速升高，單位時間內的散熱量增多，會降低冷卻液溫度;風扇轉速降低，單位時間內的散熱量減少，會提高冷卻液溫度。
二是調節(jié)冷卻水流量。目前調節(jié)水溫流量主要通過節(jié)溫器來實現(xiàn)。節(jié)溫器通常安裝在發(fā)動機冷卻水出口與散熱器之間的管段上，其作用是根據(jù)冷卻水的溫度，改變冷卻水在水系中的循環(huán)路線，控制通過散熱器冷卻水的流量，調節(jié)冷卻強度，以確保發(fā)動機在最佳溫度范圍內工作。
另外，通過改變水泵的轉速可以改變冷卻水的流速，即改變冷卻水的流量；而冷卻水的流量與散熱能力成比例關系.因此，可以通過改變水泵的轉速來調節(jié)冷卻能力。
風速是決定散熱器散熱能力的主要因素.散熱器前風速主要取決于風扇的轉速，亦即取決于發(fā)動機轉速。當發(fā)動機大負荷工作時，風扇轉速下降，散熱器冷卻能力降低[2]。
1.2目前風扇離合器及存在的問題
氣動風扇離合器[3]與汽車壓縮氣體供給系統(tǒng)相連，利用壓縮氣體做動力使離合器接合，離合器分離則靠彈簧力。電磁風扇離合器依靠電磁力接合離合器，斷電則分離離合器。這兩種離合器風扇轉速不可調，風扇只能運行或者關閉。因此控溫不理想、節(jié)油效果不好、噪聲大。但結構簡單、成本較低。繼續(xù)改進例如氣動風扇離合器貯氣筒經過供氣管路中的一只電磁閥向離合器供氣等；電磁風扇離合器做成有刷式。這些措施可以改良冷卻性能卻導致裝置復雜、可靠性變差以及成本升高。
目前對冷卻系統(tǒng)的控制多由硅油風扇離合器控制冷卻風扇轉速實現(xiàn)．硅油風扇離合器是一種以硅油為傳遞介質，并由散熱器后面氣流溫度控制的液力傳動離合器。它由感溫元件隨發(fā)動機的溫度變化調節(jié)主、從動盤之間硅油注入量來控制和調節(jié)風扇的旋轉速度。發(fā)動機溫度升高，風扇轉速上升，冷卻效果增大；反之，轉速下降，冷卻效果減小。該風扇離合器可隨發(fā)動機的溫度高低來調節(jié)風扇的轉速，使風扇風量去適應發(fā)動機的負荷，使發(fā)動機保持在合適的溫度下工作，從而達到延長發(fā)動機使用壽命、降低噪聲和減少發(fā)動機功率損失的作用。但是它不是一個真正的離合器，它由輸入輸出部件之間硅油的剪切作用提供轉矩，既不能鎖緊成1:1的同步傳動，又不能完全的分離。這使得輸入輸出之間總存在一定的轉速差，一般輸出轉速為輸入轉速的30 %～90 %。雖然傳統(tǒng)的硅油風扇離合器理論上輸出的轉速無級可調，但由于其結構相對復雜，調速靈敏性不高，溫度變化時風扇轉速變化不能及時跟上，不能準確地控制發(fā)動機的冷卻狀態(tài)，且增加了燃油的消耗。
因此，研究新型風扇離合器，設計一種結構比現(xiàn)有硅油風扇離合器更簡單，且能夠準確控制發(fā)動機冷卻狀態(tài)的新型風扇離合器就顯得非常必要。
1.3磁流變液離合器
美國學者Rabinow[4]在1948年發(fā)明了磁流變液及磁流變離合器，并在1915年申請了磁流變液傳遞轉矩器件的專利[5].從50年代到80年代，磁流變液發(fā)展一直非常緩慢。進入90年代，磁流變液的研究重新煥發(fā)了生機;特別是，自1995年起，兩年一屆的國際電流變液會議也易名為國際電流變液與磁流變液會議[6-8]，促進了磁流變液和磁流變器件的研究和開發(fā)。
磁流變液(MRF)是一種在外加磁場作用下流變特性發(fā)生急劇變化的材料，它在無外加磁場作用時呈現(xiàn)牛頓流體的流動特性，然而在強磁場作用下，其表觀粘度可在毫秒級的短時間內增加幾個數(shù)量級以上，并呈現(xiàn)類似固體的力學性質，而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的，即一旦去掉磁場后，又變成可以流動的液體。
磁流變液[9]作為一種新型的智能材料，它的表觀粘度和屈服應力可用外加磁場連續(xù)調控?；谶@一特性設計成的磁流變器件具有響應時間快、結構簡單和能耗低等一系列優(yōu)點。這使磁流變液在工程技術領域具有廣泛的應用前景[10-16]。
磁流變液在離合器中的應用是充分利用磁流變液在外加磁場作用下能產生磁流變效應的特長和傳統(tǒng)的機械設計方法，去開拓為實現(xiàn)規(guī)定功能的磁流變液離合器新裝置和新產品。盡管機械設計方法是一種傳統(tǒng)的方法，但是開發(fā)利用磁流變效應而構思的磁流變液離合器，則充分考慮了磁流變效應以及其工作介質— 磁流變液體的某些特殊條件。
利用磁流變液體在外加磁場作用下產生的磁流變效應[17][18]使磁流變液能夠用于離合器的主要依據(jù)是:
① 磁流變效應能夠使磁流變液體的表觀粘度在一定的條件范內實現(xiàn)連續(xù)變化，此變化可以控制并且可逆。
② 磁流變效應能夠使磁流變液體在外加磁場作用下，具有一定的屈服強度，并且隨著外加磁場強度的增加，磁流變液體的屈服強度增加，即磁流變液體的屈服強度可由外加磁場連續(xù)調控。
③ 磁流變效應能夠使磁流變液體，在一定條件下由液態(tài)變成固態(tài)，使其失去動流性。
④ 磁流變效應的響應時間非常短，響應速度快。
⑤ 實現(xiàn)磁流變效應的能耗低。
⑥ 控制磁流變效應的信號容易獲得，即通過外加磁場強度。
⑦ 易與計算機技術結合實現(xiàn)智能控制，進行智能機械開發(fā)。
磁流變液離合器是一種利用磁流變液剪切應力來進行離合的一種裝置，它傳遞的力矩隨外加磁場的變化迅速變化。在沒有磁場作用的情況下，磁流變液處于液體狀態(tài)，離合器的離合力矩僅為粘性阻力。當有一個外加磁場作用時，磁流變液中的極性粒子馬上被極化并沿著磁力線方程成鏈狀分布。這種鏈狀結構就使磁流變液的剪切應力增大，表現(xiàn)出塑性體的特性，因此離合器就可以傳遞一定的力矩。力矩的大小可以通過調節(jié)磁場強度的大小來控制。磁流變離合器具有傳動平穩(wěn)、均衡、結構簡單、緊湊、操作簡便、能耗低、壽命長等優(yōu)良勝能。
1.4本課題的主要工作
本文首先對磁流變液的材料及流變特性進行了介紹，對磁流變液本構模型進行了分析。對磁流變液的傳力方式進行了討論，并根據(jù)剪切模式建立了磁流變液的傳力模型，得出了基本設計公式，完成了圓筒式磁流變離合器的設計。
二、磁流變液
磁流變液是將微米尺寸的磁極化顆粒分散溶于絕緣載液中形成的特定非膠性懸浮液體，因而其流變特性隨外加磁場變化而變化。未加磁場時，磁流變液的流變特性與普通牛頓流體[19]相似，若加一中等強度的磁場作用時，其表觀粘度系數(shù)增加兩數(shù)量級以上，當磁流變液受到一強磁場作用時，就會變成類似“固體”的狀態(tài)，流動性消失。一旦去掉磁場后，又變成可以流動的液體，這種可逆轉變可以在毫秒量級內完成。
2.1磁流變液的組成
磁流變液[21]主要由磁性粒子、載液和添加劑三個部分[22]組成。
圖2.1 磁流變液的組成
磁性顆粒的關鍵問題是制作，目前磁性顆粒的制作方法主要有：共沉法、熱分解法、超聲分解法和沉積法。
2.1.1磁性顆粒
磁性材料主要是 Fe3O4 、Fe3 N、Fe、Co、Ni等固體微粒，其中磁飽和度最大的微粒是鐵鈷合金，它的磁飽和度能達到2.4T，但考慮價格問題，實際應用最多的是純鐵粉和羰基鐵粉[23]，磁飽和度為2.1T。其他材料的磁飽和度都比鐵粉低。磁性顆粒的直徑一般為0.1-100μm，常見值為3-5μm。只有氧化物顆粒的直徑能達到約30 nm , 但是這種氧化物顆粒的磁飽和度較低, 配制的MRF 產生的應力最大約為5 kPa 。
磁流變液中的固體顆粒在磁場作用下產生的磁極化，是磁流變液產生磁流變效應的核心。因此，固體顆粒材料的化學性質和物理性質，對磁流變液的性能起
著決定作用。根據(jù)磁流變效應的機理研究結論，對固體顆粒有以下要求，即:
1.在外加磁場作用下，磁性顆粒具有磁化效應;在撤除磁場時，磁性顆粒具有退磁效應。
2.磁性顆粒材料的磁導率要大，尤其是磁導率的初始值和最大值必須要大;
3.磁性顆粒材料應具有較大的磁飽和強度，從而給磁流變液內的磁性顆粒相互間提供最大能量。
4.磁性顆粒材料應能夠在足夠寬的工作范圍內保持穩(wěn)定的性能;一般要求的.工作范圍為-40oC ～150oC。
5 磁性顆粒與基液的比重要相適應，以防止磁性顆粒在基液中沉淀過快;
6.磁性顆粒的大小要適當，形狀要合理;磁性顆粒的大小一般在1～10μm范圍內，形狀一般是球形的，也有橢圓形的;
7.磁性顆粒材料應具有穩(wěn)定的化學性能和物理性能:
8.磁性顆粒材料應耐磨、無毒和對其接觸材料無腐蝕性。
2.1.2載 液
載液是磁流變液的主要成分，其性能對磁流變液具有直接的影響[24]，一般來說，磁流變液的載液應具有如下的特點: ①高沸點、低凝固點。這可以確保磁流變液具有較寬的工作溫度范圍; ②適宜的黏度，磁流變液的零磁場條件下應具有較低的黏度, 要求載液的黏度越低越好, 但黏度不能太低，否則沉降穩(wěn)定性變差。此外，載液還應該具有化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、無毒、無異味、價格低廉等特點。目前MRF載液主要有以下幾類。
(1) 非磁性液體基載液 主要有硅油、礦物油、合成油、水和乙二醇等。為確保顆粒的懸浮穩(wěn)定性, 并增加整個磁流變液的流變學性質,一般需要使用添加劑, 如加入各種表面活性劑(如油酸)或保護性膠體物質(如硅膠、硅氧化物等),防止磁性顆粒沉淀及不可逆轉的海綿狀絮凝。絕大部分的研究和應用都使用這種類型的磁流變液。美國Lord材料公司的3種商品化磁流變液是載液分別為合成油、硅油和水的羰基鐵粉磁流變液。水基載液可以克服傳統(tǒng)有機載液的聚合、老化、細菌繁殖且易燃等特點, 但要加入一些抗沉淀劑、增稠劑或流變改性劑等來使液體變稠以降低顆粒沉降。
(2) 磁性液體基載液 即用膠體狀的磁流體作為載液(如鐵磁流體) , 使磁流變液的屈服應力大為提高。由于載液(磁流體)的密度提高, 使磁流變液的穩(wěn)定性增強。
(3) 特殊型載液 由于某種特殊的要求,往往要選擇具有特殊性質的載液, 比如既可以導電又可以導磁的載液,將0.15～0.2mm尺寸的鐵磁顆粒(例如含4%Si的硅鋼)分散在含有0.5μm石墨顆粒的未聚合的環(huán)氧樹脂基體中可制成多用途磁流變液，這種樹脂基體的黏度系數(shù)為300Pa·s(20℃)。使用高黏度的載液可以有效防止磁流變液的沉降。
2.1.3添加劑
磁流變液母液的密度一般為1g/cm左右，而懸浮顆粒的密度為 7～8 g/cm ,由于磁性顆粒的密度遠遠大于母液的密度而造成的磁性顆粒的沉降一直是很難解決的問題之一。此外，懸浮顆粒的直徑一般僅為幾個微米，比表面積大,也容易團聚而沉降。目前解決此問題最為有效的方法就是添加不同類型的表面活性劑，一般是親油基和親水基這兩種性質不同的結構組成的低聚物，它的親水基可以吸附在磁性顆粒的表面，而親油基像“鞭梢”一樣擴散在母液當中。磁性顆粒吸附表面活性劑以后，由于親油基的“鞭梢”相互纏繞及排斥，一方面會增加顆粒的體積，減少它們相互吸引碰撞的機會；從而降低由于顆粒與母液的密度差而造成的顆另一方面會在母液內部形成一個相互作用的三維骨粒沉降。
2.2磁流變液的性能
2.2.1磁流變液的性能要求
一般來說，良好的磁流變液必須具備下列性能:
① 磁流變液所具有的磁流變效應是一種可逆變化，它必須具有磁化和退磁兩種過程，這種流體的磁滯回線必須狹窄，內聚力小，而磁導率很大，尤其是磁導率的初始值和極大值必須很大[25];
② 這種懸浮液應具有較大的磁飽和，以便使得盡可能大的“磁流”通過懸浮體的橫截面，從而給顆粒相互間提供盡可能大的能量;
③ 這種液體在接上交流電的工作期間內，全部損耗(磁滯現(xiàn)象，渦流等)都應是很小的一個量;
④ 這種液體中的強磁性粒子的分布必須均勻，而且分布率保持不變，這樣才能保證其具有高度的磁穩(wěn)定性能;
⑤為了防止磁流變液被磨損并改變性能，液體必須具有極高的“擊穿磁場’、
⑥ 一般說來，這種液體的穩(wěn)定性應不隨溫度的變化而改變，即在相當大的溫度范圍內應具有較高的穩(wěn)定性;
⑦ 構成磁流變液的原材料應廉價而不是稀少的。
2.2.2 磁流變液的物理性能
① 磁流變液中，顆粒和基礎液的比重，特別是混合后兩者的比重是否會由于巨大的失配而引起沉淀。
② 顆粒材料的磁導率，顆粒的大小、形狀及分布。
③ 基液的凝固點、沸點和閃點的溫度，以及它的粘度和粘溫特性。
2.2.3磁流變液的化學性能
① 顆粒、基礎液和添家劑的化學成分，以及其分子式和結構式。
② 顆粒、基礎液和添家劑的化學穩(wěn)定性，它們在儲存和使用過程中，是否會發(fā)生化學變化，引起性能的變質，特別是氧化、分解等。
③ 使用中是否會產生有害人體和環(huán)境的毒性物質。
2.2.4磁流變液的力學性能
① 圖 2. 2給出了當溫度T、磁流變液中顆粒的濃度C以及剪應變率為常數(shù)時，某磁流變液的動態(tài)屈服應力與磁感應強度B的關系曲線[26], 。
圖2.2 與B的關系曲線 圖2.3 與B的關系曲線
② 圖2.3給出了當溫度T、磁流變液中顆粒的濃度C以及剪應變率為常數(shù)時，表觀粘度。與磁感應強度B的關系曲線，，圖中為零磁場強度時磁流變液的粘度。
③ 圖2.4給出了當溫度T、磁流變液中顆粒的濃度C以及磁感應強度B為常數(shù)時，磁流變液的剪切應力與剪應變率的關系曲線。剪切應力隨剪應變率的變化而變化的特性稱之為流變特性。
圖2.4 流變特性曲線 圖2.5 粘度特性曲線
④ 圖2.5給出了當溫度T,磁流變液中顆粒的濃度C以及磁感應強度B為常數(shù)時，磁流變液的表觀粘度[27]與剪應變率的關系曲線。表觀粘度隨剪應變率的變化而變化的特性稱之為粘度特性。
⑤ 圖2.6給出了當磁流變液中顆粒的濃度C、磁感應強度B以及剪應變率為常數(shù)時，磁流變液的表觀粘度與溫度T的關系曲線。表觀粘度隨溫度T的變化而變化的特性稱之為粘溫特性[28]
⑥ 圖2.7給出了當磁流變液中顆粒的濃度C,磁感應強度B以及剪應變率為常數(shù)時，磁流變液的動態(tài)屈服應力與溫度T的關系曲線。
圖2.6 粘溫特性曲線 圖2.7 與T的關系曲線
⑦ 圖2.8給出了當磁感應強度B、溫度T、以及剪應變率為常數(shù)時，磁流變液的表觀粘度與磁流變液中顆粒的濃度C的關系曲線。
⑧ 圖2.9給出了當磁感應強度B,溫度T以及剪應變率為常數(shù)時，磁流變液的動態(tài)屈服應力與磁流變液中顆粒的濃度C的關系曲線。
圖2.8 與C的關系曲線 圖2.9 與C的關系曲線
2.2.5磁流變液的質量因數(shù)
磁流變裝置的機械能密度由下式給出
（2.1）
式中為機械能密度;為動態(tài)屈服應力;為剪應變率。
磁流變裝置的磁能密度由下式給出
(2 .2)
式中為磁能密度:B和H分別是磁感應強度和磁場強度；是在磁流變液流體中形成磁場的特征時間。
把機械能密度和磁能密度的比值定義為流體的效率，用表示。
(2 .3)
由以上的推導可以得到以下幾個質量因數(shù):
(2 .4)
由式可以看出，與體積V成反比,其單位為Pa/s,提高這個質量因數(shù)可減小磁流變液的有效體積，縮小裝置的尺寸;另一方面，磁能可表示為
(2 .5)
由上式可以看出，體積的減小可降低磁能損耗。
對于重要敏感的應用中，可以改變這個質量因數(shù)，來克服較大的流體密度，即:
(2 .6)
式中為磁流變液的密度，也與磁流變液體積成反比，其單位為m/s3
最后，在磁場變化范圍很大的應用中，建立在功率基礎上的一個無量綱的質
量因數(shù)由下式給出
(2 .7)
增大這個質量因數(shù)將減小磁流變液傳動裝置的磁能損耗。
運用這三個質量因數(shù)可以對各種不同的磁流變液的特性進行比較，這對磁流變液的選用提供了很重要的參考價值。
2.2.6幾種磁流變液的性能
1）MRF-132AD磁流變液
MFR-132AD磁流變液可用在多種裝置中，例如減振器、制動器、離合器、閥及彈性支座。在沒有外加磁場的情況下，MFR-132AD磁流變液很容易地從使用裝置的兩個固定的或相對運動的圓盤或平板所形成的縫隙中流過。加上磁場后，縫隙內的粒子受到磁極化，這些受到磁極化的粒子沿磁場方向排成一列形成粒子鏈結構，這種鏈結構能阻礙磁流變液體在縫隙中流動，并可承受一定剪切力作用。通過改變所加磁場的強度，可以改變粒子間的吸引力，從而可以對MFR-132AD磁流變液體的流變特性進行連續(xù)控制。當所加磁場取消后，該液體可以在裝置中自由流動。其性能數(shù)據(jù)如表2.1
表2.1磁流變液MRF—132AD的性能
圖2.10 20℃不加磁場時剪切應力與剪應變率的關系(MFR-132AD）
圖 2.10為 MFR-132AD的動態(tài)屈服應力與外加磁場的關系，當磁場強度H=0-200kAmp/m時，如磁場強度H分別為25kAmp/m，50kAmp/m，100kAmp/m，200kAmp/m時，屈服應力分別為8.037kPa、16.449kPa、29.159kPa和42.056kPa，這表明隨著外加磁場強度的增加，屈服應力迅速增加:而磁場強度H 大于200kAmp/m時，如磁場強度H分別為225kAmp/m，250kAmp/m，275kAmp/m時，屈服應力分別為42.991kPa、43.738kPa和44.112kPa，這表明隨著外加磁場強度的增加，屈服應力增加很緩慢，屈服應力逐步達到磁飽和。
圖2.11 屈服應力與磁場強度的關系(MRF—132AD）
2）MRF一14OCG磁流變液
MRF-14OCG磁流變液可用減振器、制動器、離合器、閥及彈性支座，其性能數(shù)據(jù)如表2.2。
表2.2磁流變液MRF一140CG的性能
圖2.12 在40℃不加磁場時剪切應力與剪應變率的關系(MRF一140CG）
圖2.13 屈服應力與磁場強度的關系（MRF一14OCG）
圖2.12表示了40℃不加磁場時，磁流變液材料MRF一14OCG的剪切應力隨剪應變率的變化的曲線，當剪切應變率分別為100(1/s)、200(1/s)、400(1/s)、800(1/s)和1200(1/s)時，磁流變液產生的剪切應力為64.96pa、97.44pa、157.2pa、272.83pa和387.16Pa， 這表明隨著剪切應變率的增大，剪切應力增大磁流變液表現(xiàn)出非牛頓流體行為。
圖2.13 為 MRF一14OCG的動態(tài)屈服應力與外加磁場的關系，當磁場強度H=0-200kAmp/m時，如磁場強度H分別為25kAmp/m、50kAmp/m、100kAmp/m和150kAmp/m時，屈服應力分別為14.254kpa、25.5kpa、44.029kPa和54.477kpa，這表明隨著外加磁場強度的增加，屈服應力迅速增加;而磁場強度H大于150kAmp/m時，如磁場強度H分別為175kAmp/m和200kAmp/m時，屈服應力分別為57.75kpa和58.5kPa，這表明隨著外加磁場強度的增加，屈服應力增加很緩慢，屈服應力逐步達到磁飽和
2.3磁流變效應
2.3.1 磁流變效應的特征
磁流變效應是指磁流變液在外加磁場作用下，其流動狀態(tài)(一般是指表示其流動阻力的表觀粘度)和流體的屈服強度發(fā)生了強烈變化的現(xiàn)象。磁流變效應作為一種特殊的物理現(xiàn)象，一般具有以下特征:
①在外加磁場的作用下，磁流變液的表觀粘度可隨磁場強度的增大而增大，甚至在某一種磁場強度下，達到停止流動或固化，但當磁場撤除后，磁流變液又恢復到原始的粘度，即在外加磁場作用下，磁流變液可在液態(tài)和固態(tài)之間轉換。
② 在外加磁場的作用下，磁流變液由液態(tài)至固態(tài)之間轉換是可逆的。
③ 在外加磁場作用下，磁流變液的屈服強度隨磁場強度的增大而增大。
④ 在外加磁場作用下，磁流變液的表觀粘度和屈服強度隨磁場強度的變化是連續(xù)的和無級的。
⑤ 在外加磁場作用下，磁流變液的表觀粘度和屈服強度隨磁場強度的變化是可控的，這種控制可以是人控的或自動的。
⑥ 磁流變效應的控制較簡單，它只應用一個極易獲得的磁場強度信號即可。
⑦ 磁流變效應對磁場作用的響應十分靈敏，一般其響應時間為毫秒級。
⑧ 控制磁流變效應的能量低，即由液態(tài)向固態(tài)的轉換，不像物理現(xiàn)象中的相變要吸收或放出大量的能量。
磁流變效應的上述特征是發(fā)展磁流變液在工程技術領域中應用的科學依據(jù)，在充分利用這些特征的基礎上，就能夠開發(fā)一系列性能優(yōu)良、價格低廉、有市場競爭能力的新產品。
2.3.2 磁流變效應的機理
在外加磁場作用下，磁流變液中的磁性顆粒的磁極化是產生磁流變效應的原因。磁極化是由磁場作用引起的，此外磁流變液的變稠和產生抗剪屈服現(xiàn)象，也是由于磁場引起的作用力形成的。
整個磁流變效應的發(fā)生過程是：磁場作用下分散相顆粒發(fā)生磁極化→形成偶極子現(xiàn)象→帶有偶極矩的顆粒產生定向運動（伴隨著能耗）→顆粒在磁力的作用下定向排列→顆粒從無序隨機狀態(tài)到有序化、成鏈、成束或形成某種結構→對外呈現(xiàn)明顯的磁流變效應（即表觀粘度增大、凝固以及呈現(xiàn)剪切屈服應力）。
在磁場作用下固體顆粒的磁極化是產生磁流變效應的主要因素。固體顆粒的磁極化包括以下2個方面：
㈠ 固體顆粒的體內磁極化，可以由磁疇理論來解釋。在磁流變液中，每一個小顆粒都可以當作一個小的磁體。在這種磁體中，相鄰原子間存在著強交換耦合作用。它促使相鄰原子的磁矩平行排列，形成自發(fā)磁極化飽和區(qū)域，即磁疇。沒有外加磁場作用時，每個磁疇中各個原子的磁矩排列取向一致，而不同磁疇磁矩的取向不同。磁疇的這種排列方式使每一顆粒處于能量最小的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，所有顆粒平均磁矩為零，顆粒不顯磁性。在外加磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁能低于磁矩與外磁場反方向排列時的磁能，結果是磁矩與外磁場成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。這時顆粒的平均磁矩不等于零，顆粒對外顯示磁性，按序排列相接成鏈。
㈡ 發(fā)生在固體顆粒與基礎液兩相接觸的界面處的界面磁極化，這類磁極化可以為是固體顆粒與基礎液的磁導率和磁極化率不同，在外加磁場作用下，有分子電荷在其中流動時，在界面處產生電荷堆積，形成電荷在顆粒表面的不均勻分布所引起的。在外加磁場作用下，顆粒發(fā)生上述所述的磁極化現(xiàn)象，于是定向移動形成偶極子鏈。當外加磁場強度較弱時，鏈數(shù)量少、長度短、直徑也較細，剪斷它們所需外力也較小。隨著外加磁場強度的不斷增大，取向與外加磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇開始向外磁場方向旋轉，磁流變液中鏈的數(shù)量增加，長度加長，直徑變粗，磁流變液對外所表現(xiàn)的剪切應力增強；再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇沿外加磁場方向整齊排列，磁極化達到飽和，磁流變液的剪切應力也達到飽和。
2.3.3磁流變液的磁疇理論
根據(jù)磁疇理論可以解釋磁流變效應。在磁流變液中，每一個小顆粒都可以當作一個小的磁體。在這種磁體中，相鄰原子間存在著強交換禍合作用。它促使相鄰原子的磁矩平行排列，形成自發(fā)磁化飽和區(qū)域，即磁疇。沒有外加磁場作用時，每個磁疇中各個原子的磁矩排列取向一致，而不同磁疇磁矩的取向不同。磁疇的這種排列方式使每一顆粒處于能量最小的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，所有顆粒平均磁矩為零，顆粒不顯磁性。在外加磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁能低于磁矩與外磁場反方向排列時的磁能，結果是自發(fā)磁化磁矩成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。這時顆粒的平均磁矩不等于零，顆粒對外顯示磁性，按序排列相接成鏈。當外加磁場強度較弱時，鏈數(shù)量少、長度短、直徑也較細，剪斷它們所需外力也較小。隨著外加磁場強度的不斷增大，取向與外加磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇開始向外磁場方向旋轉，磁流變液中鏈的數(shù)量增加，長度加長，直徑變粗，磁流變液對外所表現(xiàn)的剪切應力增強;再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇沿外加磁場方向整齊排列，磁化達到飽和，磁流變液的剪切應力也達到飽和。
2.3.4磁流變液的鏈化模型
① 磁流變液的鏈化過程
磁流變液中的顆粒磁極化后的鏈化過程主要與外加磁場強度有關系。在外加磁場作用下，磁流變液中的相鄰顆粒問存在著強交換藕合作用，以促使相鄰的原子的磁矩平行排列，形成磁疇。當磁矩與外加磁場同方向排列時的磁能低于磁矩與外加磁場反方向排列時的磁能時，磁流變液中的顆粒平均磁矩不等于零，顆粒對外顯示磁性，按序排列相接成鏈。其鏈化過程如圖2.9所示，顆粒被當作一些剛性微球，它們代表磁性顆粒，圖(1)表示無磁場作用時，顆粒無規(guī)律地分布在基礎液中，這種情況下的動態(tài)屈服應力為零;圖（2）表示在外加磁場H作用下，在時間t=0s時，顆粒磁極化后形成的偶極子;圖(3)表示在外加磁場H作用下，在時間t=0.1s時，磁流變液中的顆粒按序排列相接成鏈，磁流變液的表現(xiàn)粘度、增加;圖(4)表示增加磁場強度，在時間t=1s時，磁鏈的數(shù)量增加，直徑變粗，磁流變液的動態(tài)屈服應力和表觀粘度增大，對外所表現(xiàn)的剪切應力增強;圖(5)表示當撤除外加磁場時，磁流變液材料迅速復原，其響應時間只有幾毫秒。
圖2.9 顆粒鏈化過程的微觀圖
② 磁流變液鏈化的集聚方式
當有外加磁場作用時，顆粒被產生有序化的運動，這種運動從顆粒磁極化一開始就產生，直至有序化運動終止，達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，形成某種固定的結構，即這些顆粒在磁場力作用下相互吸引，沿著N極和S極之間的磁力線方向形成鏈
狀結構，這一過程稱之為鏈化過程。顆粒磁極化后在磁場及顆粒之間相互作用下
的有序化運動，最終形成的結構，與單位體積內顆粒的數(shù)目、磁場強度及顆粒在
基液中的Brownian運動(熱運動)的干擾和摩擦阻力的影響等有關。根據(jù)固體顆粒的體積分數(shù)不同，在磁流變液中可能有四種形態(tài)的顆粒集聚方式，即:
1)通鏈。這種鏈是由許多顆粒緊密聯(lián)接而成，并粘附于兩個平板之上，形成一個由許多顆粒構成的實體，這種鏈稱為通鏈。
2)支鏈。這種鏈的一端從一個平板開始，或粘附于一個平板之上，而另一端則終止于兩平板間的某一位置，這種鏈稱為支鏈。
3)孤立鏈。這種鏈的兩端與任何一個平板都不聯(lián)接，而是漂浮在基礎液中，類似一個有序排列的顆粒集團，這種鏈稱為孤立鏈。
4)束鏈。當固體顆粒體積分數(shù)達到一定數(shù)量時，有一些通鏈聚集而成為束鏈。
2.3.5影響磁流變效應的因素
影響磁流變效應強弱的主要因素有以下因素:
① 外加磁場的磁場強度
在外加磁場作用下，磁流變液具有一定的屈服應力，并且屈服應力隨外加磁場的增加而增加，這種現(xiàn)象被認為是磁流變效應的主要標志。
② 顆粒的磁飽和強度
Carlson[30]人利用偶極子相互作用模型描述了磁流變液特性，建立了流變性能與懸浮相微粒飽和磁化強度的關系式
(2.8)
式中，為磁流變液的剪應屈服應力，和分別為懸浮相微粒的平均磁化強度和體積分數(shù)，為應變量，為介質相對磁導率，h為單鏈中微粒間隙寬度。該模型考慮了隨外磁場增加伴隨微粒的磁化飽和產生的磁非線性問題，能夠用來評價磁流變體材料的磁學性能和力學性能。同時，利用所提供的微粒網內磁通密度分布機理對上述模型進行擴展，建立了復合流體的平均磁通密度與外磁場強度的關系式(2.9)及磁化強度的關系式(2.10)分別如下
(2.9)
(2.10)
式中，B為磁流變體的平均磁通密度，，是磁極化率，a為懸浮相微粒飽和磁化區(qū)和未飽和磁化區(qū)的比值，可作為B的函數(shù)來求，為懸浮相微粒飽和磁化強度。由式(2.9)可知剪應屈服應力與成正比，即選擇高飽和磁化強度的懸浮相可提高屈服應力值，這與Ginder[31]等人的研究結果相一致。當懸浮相微粒磁化飽和后，剪切應力隨磁場強度的增大變緩。隨懸浮相體積分數(shù)的增大，剪切應力雖有較大幅度的增加，但同時會帶來零場粘度的增大，屈服應力下降。另外，從磁流變體的B一H實驗曲線可以看出飽和磁化后內察磁感應強度仍隨磁場強度的增加而非常緩慢地增大。微粒間間隙增大，這被解釋為微粒重構和磁場增加所致。對一定體積分數(shù)懸浮相的磁流變體，可通過得到磁化飽和時的內部磁感應強度值。該模型通過調整建模過程中參量值來補償鏈間相互作用的影響?？梢钥闯觯x擇高飽和磁磁極化強度的懸浮相可屈服應力。但當懸浮相顆粒磁磁極化飽和后，屈服應力幾(H)隨外加磁場強度的增加變緩。
③ 磁流變液的磁化率
固體 顆 粒 的 磁 化率是影響磁流變液剪切應力的另一個重要影響因素，不同的顆粒材料具有不同的磁學特性，其在不同磁場強度下的磁化率也會不同，導致磁流變材料的宏觀特性也會不同。剪切應力隨著磁化率的增加而增加，在磁化率較小時，增加的較快，在磁化率較大的情況下，增加的幅度不是很明顯。要得到具有良好磁流變效應的磁流變液，應該選用磁化率對磁場強度敏感的材料做懸浮項顆粒。
④ 顆粒體積百分數(shù)
固體顆粒的濃度對磁流變效應有明顯的影響，隨著固體顆粒體積百分率的增大，相同磁場強度和剪應變率所對應的剪切應力也相應增大.實驗發(fā)現(xiàn)，當介質百分率大于30%時，磁流變液易出現(xiàn)沉淀，將影響材料的磁流變效應。
固體顆粒的濃度是指作為分散相的固體顆粒在磁流變體中所占的體積比。固體顆粒在磁場作用下磁極化，在兩極間形成貫通的磁鏈，當固體顆粒數(shù)目較多時，更可在磁鏈基礎上集聚成柱或網狀結構，因而增加了磁流變液的粘度和阻力，甚至固化，具有明顯增強屈服應力，亦即增強磁流變效應。
體積百分數(shù)越大，由于分散相的固體顆粒數(shù)目多，形成的磁鏈也多;同時，體系的相對磁導率和磁磁極化率就越大，其磁流變效應就越強。因此，一般認為體積百分率越大，則磁流變效應越強。大量的實驗表明，為了獲得理想的磁流變效應，體積百分率應有一個合理的范圍。因為，當體積百分率較低時，固體顆粒數(shù)目有限，在磁場作用下磁極化形成的磁鏈數(shù)目少，因而磁流變效應不明顯。同時，體積百分率越低，進入明顯磁流變效應所需的場強越高，甚至達到固體顆粒磁飽和場強。因此，體積百分率不能過低，一般不小于10%。
此外，體積百分率也不能過高。因為，對于任何一個兩相的懸浮液來說，當體積百分率過高時，會有一個結構上的突變，即由無序的固體顆粒逐步形成一種三維的網狀結構，液體終止流動呈現(xiàn)固化特征，且伴隨砧度和剪切屈服應力的增加。磁流變流體也具有這一特性，即在零場時，當體積百分率達到某一數(shù)值，固體顆粒也形成網狀結構，出現(xiàn)固化狀態(tài)。如果作用一個外加磁場，一般不會出現(xiàn)固體顆粒重新成鏈和成網的現(xiàn)象，只是可以強化已有的結構，因此磁流變效應不是很明顯。此外，即使外加磁場使磁流變效應有所增加，當零場時就有了較高的表觀薪度和剪切屈服應力，在外加磁場作用下，薪度和剪切屈服應力的變化幅度將很低，對要求有較大調節(jié)應力和豁度范圍的工程應用項目是不利的。其次，體積百分率過大，磁流變流體易出現(xiàn)嚴重的沉淀和板結，這將影響磁流變流體的工作效率。大量的實驗表明，體積百分率的最佳范圍大致在15%一30%之間。
⑤ 溫度
溫度對磁流變液的影響主要來自兩個方面，即溫度對顆粒熱運動的影響和溫度對磁性顆粒磁極化(主要是磁極化率)的影響。溫度的升高對磁流變效應是增強還是減弱，主要決定這兩方面的影響孰強孰弱。溫度越高，顆粒的布朗運動越劇烈，顆粒在外加磁場作用下的成鏈越困難，磁流變效應就會減弱。此外，對液體本身而言，其粘度隨溫度升高而有一定程度的降低。實驗研究證明，屈服應力在溫度20℃一150℃范圍內變化很小。
⑥ 懸浮相尺寸
固體顆粒的大小對磁流變效應有顯著的影響。隨著固體顆粒直徑的增加，相同磁場強度和剪應變率所對應的剪切應力也相應增大，亦即磁流變效應相應增強。固體顆粒的大小，對磁流變效應的影響主要是由于顆粒在磁場作用下，顆粒間相互作用的磁力使得顆粒沿磁場方向形成磁鏈。顆粒半徑r越大，兩顆粒之間的場致磁力就越大，顆粒所成鏈的強度越大，具體則表現(xiàn)為磁流變效應越強;此外，顆粒尺寸越大，所要求產生明顯磁流變效應的磁場場強越低，即越容易產生明顯的磁流變效應。然而，顆粒尺寸過大，布朗運動所起的作用減小，顆粒在基礎液中沉淀的趨勢增大，容易導致磁流變體出現(xiàn)相分離，影響磁流變體的工作性能，反過來又會影響流體的磁流變性能。當然，顆粒尺寸過小，則布朗運動影響大，這雖然可降低沉淀的趨勢，但由于布朗運動，顆粒不易穩(wěn)定成鏈，磁流變效應的強度減弱。因此，顆粒尺寸既不能過大，也不能過小，應該根據(jù)具體的磁流變體材料選取最優(yōu)值。
Lemaire[32]等人對磁流變液屈服應力與懸浮相微粒直徑的關系進行了系統(tǒng)研究，力圖弄清理想磁流變體所對應的最佳的微粒尺寸。小微粒雖在Brownian運動作用下可防止沉積，但強烈的Brownian運動也阻礙產生最大屈服應力的鏈狀結構的形成。當耦合系數(shù)>1時，對極化能求導得到微粒間靜磁作用力。然而來自靜磁力的屈服應力，其中的為單位面積成鏈的微粒數(shù)，其量值，體積分數(shù)，為微粒半徑，由此可見又是一個與半徑無關的參數(shù)。在>1的非Brownian運動作用下，這一結論應該是正確的。然而實際情況并非如此。研究目的在于確定對的影響對耦合系數(shù)的依賴程度，即到底多大時，才與無關。的表達式如下
(2.11)
式中K為Boltzmann 常數(shù)，T是溫度。
研究結果表明，即使在藕合系數(shù)高達103時，微粒尺寸仍對磁流變性能產生強烈的影響。與多分散系磁流變體相比，一定尺寸的單分散系式樣具有更佳的磁流變效應。這些效果來自無流動條件下Brownian運動引起的結構起伏，該運動使單鏈中兩臨近微粒間距離大于平均分散的距離，鏈結構對機械運動的阻力恰恰來自這種加大的間隙，而不是依賴于平均距離。
應該指出的是該結構模型顯得過于簡化，且采用的位置起伏的Monte Carlo。模型是基于一般偶極子近似。揭示微粒間距起伏變化的更準確模型應同時考慮多偶極子間的反應和真實的三維聚集體結構，如對滲透壓和磁壓平衡條件下形成的三維結構和稠化結構內真實體積分數(shù)的計算等。
可磁極化顆粒直徑對屈服應力的影響取決于禍合系數(shù)的大小，一定尺寸的單分散系比多分散系試樣具有更大的磁流變效應。
⑦ 可磁極化顆粒和穩(wěn)定劑
優(yōu)良的磁流變液在零磁場條件下的粘度較小，具有良好的流動性，這就要求顆粒在磁流變液中的比例不能太大;而另一方面，磁流變液在一定的磁場下應具備良好的磁流變效應，這就要求可磁極化顆粒在磁流變液中的比例應盡可能大。
穩(wěn)定劑增大了磁流變液的粘度，有助于克服可磁極化微粒的沉積，穩(wěn)定劑對不同基礎液的親和性是不同的。因此，用不同基礎液配制磁流變液必須考慮穩(wěn)定劑的比例。一般，采用預處理的可磁極化微粒來配制磁流變液己使分散相的不穩(wěn)定性有所改善，穩(wěn)定劑的比例應相應減少，使磁流變液的零磁場粘度下降。
⑧ 壁面材料及表面粗糙度對切應力的影響
Bossis [33] 等人研究結果表明，流變性能測試儀間隙平板的材料和粗糙度對磁流變體的屈服應力有很大影響，最大應力值在使用具有一定表面粗糙度的導磁材料平板下獲得，從而使磁流變體與壁面的相對滑移減小為零，即減小切應力的傳遞損失。壁面滑移被認為是理論屈服應力與實驗值較大差別的重要原因之一。例如分別采用不銹鋼和表面具有球狀物的玻璃壁面材料對同種磁流變體進行測量，屈服應力相差4.5倍，盡管兩種材料均屬非磁化材料，但表面粗糙度相差很大，實驗表明表觀屈服應力隨壁面粗糙度的增加而增大。又如，將同一磁流變體樣品分別在非磁化材料鋁和易磁化材料鐵的錐板式薪度計中測量，其靜態(tài)屈服應力表現(xiàn)出很大差別，鐵錐板薪度計對微小的應變速率十分敏感，而鋁錐板情況下應力隨應變速率的變化較為緩慢，被認為滑移造成傳遞損失，前者則是在磁鏡向力作用下克服了滑移?？梢酝普?，若在所有操作條件下能有效地克服壁面滑移，則應力測試曲線會很好的符合理想的Bingham模型。大量實驗表明，高磁場時改變壁面粗糙度將無助于提高剪力傳遞效率，只有選用更高磁導率和更高飽和磁化強度的壁面材料才有助于提高鏡向磁極矩幅值，加強顆粒與表面的相互作用，提高屈服應力。
2.4磁流變液應用于離合器
由于磁流變液優(yōu)良的物理特性、流變特性, 近幾年來, 應用研究較晚的磁流變液有較強勁的發(fā)展勢頭, 在Lord 公司率先提供的幾種商業(yè)化電磁流變液器件中, 幾乎都是磁流變液應用器件。
目前，磁流變離合器的工作模式傳力模型為剪切模型。在兩平行放置的平板之間，充滿磁流變液，平板移動方向與磁場方向相互垂直，當有外加磁場作用時，這些顆粒在磁場力作用下相互吸引，沿著N極和S極之間的磁力線方向形成鏈狀結構，這些顆粒鏈限制了流體的運動，因而增加了懸浮顆粒的粘度特性。需要有機械能量來使這些顆粒鏈狀結
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