買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 1 頁(yè) 目 錄 摘 要 . 2 . 7 1 緒論 . 8 言 . 8 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 8 流變材料的研究與發(fā)展 . 8 流變器件的研究現(xiàn)狀 . 9 狀記憶合金材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀 . 10 狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀 . 10 件組合使用設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀 . 11 文研究的主要內(nèi)容 . 11 2 磁流變 液 和形狀 記 憶合金材料及 性 能 . 12 流變液的組成 . 12 流變效應(yīng)機(jī)理及特征 . 12 見(jiàn)磁流變液材料及其主要性能 . 14 響形狀記憶效應(yīng)的因素 . 16 3 動(dòng)的 動(dòng)裝置的工作原理 . 17 作原理 . 17 盤(pán)空 間的切向剪切傳動(dòng) . 19 筒周向傳動(dòng) . 31 4 動(dòng)的 圓盤(pán)間擠壓傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 42 參數(shù)的 設(shè)計(jì) . 42 塞桿強(qiáng)度計(jì)算 . 43 塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 44 5 主要設(shè)計(jì)計(jì)算 . 45 塞的設(shè)計(jì) . 45 向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 45 蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 46 體長(zhǎng)度的確定 . 47 封件的選用 . 48 6 總結(jié)與展望 . 50 結(jié) . 50 作展望 . 50 致 謝 . 52 參考文獻(xiàn) . 53 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 2 頁(yè) 摘 要 本文 介紹了形狀記憶合金和磁流變液性能及其相關(guān)器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀，分析形狀記憶合金（ 料的熱效應(yīng)性能及磁流變液（ 流變特性；磁流變（ 型阻尼器的半主動(dòng)控制裝置，使用 析 尼器的流體動(dòng)力學(xué)模型 ,分析解決使用粘度本構(gòu)模型在軸對(duì)稱(chēng)擠壓模型運(yùn)行的 體的速度和壓力分布。從而研究設(shè)計(jì)熱效應(yīng)下形狀記憶合金和磁流變液交替?zhèn)鲃?dòng)裝置的可行性和研究意義。 關(guān)鍵詞： 磁流變液 ； 形狀記憶合金 ；傳動(dòng)裝置；溫度；傳遞轉(zhuǎn)矩 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 3 頁(yè) 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 4 頁(yè) 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 5 頁(yè) 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 6 頁(yè) 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 7 頁(yè) he of a of of of of R of R R s in ax of ey 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 8 頁(yè) 1 緒論 言 磁流變液 (簡(jiǎn)稱(chēng) 新型智能材料。磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。 磁流變液在無(wú)外加磁場(chǎng)情況下表現(xiàn)為牛頓流體狀態(tài)；在外加磁場(chǎng)的作用下，流體的黏度會(huì)迅速發(fā)生顯著變化，其表觀黏度可增大兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，使得流體的流動(dòng)屈服應(yīng)力增大，由流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為黏塑性狀態(tài)，呈現(xiàn)出類(lèi)似固體的力學(xué)性質(zhì)，從而改變其流變特性 ;但當(dāng)去掉外加磁場(chǎng)后，流體又從黏塑性狀態(tài)迅速 恢復(fù)到原來(lái)的牛頓流體狀態(tài)，其中的響應(yīng)時(shí)間僅為幾毫秒。磁流變液的黏度能隨著外加磁場(chǎng)的變化實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)極變化，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，能耗小且具有較高的屈服應(yīng)力、溫度適應(yīng)性強(qiáng)、響應(yīng)時(shí)間短、穩(wěn)定性好、低電壓需求等優(yōu)點(diǎn)。磁流變液的優(yōu)良的流變特性，孕育著許多創(chuàng)新的應(yīng)用，隨著磁流變液性能的提高和研究的發(fā)展，磁流變技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于航空航天、機(jī)械工程、汽車(chē)工程、精密加工工程、控制工程等領(lǐng)域。 形狀記憶合金 (簡(jiǎn)稱(chēng) 是 近年來(lái)興起的 智能 金屬材料 ，具有鐵彈性、超彈性及形狀記憶效應(yīng)等特殊力學(xué)行為。 形狀記憶合金低溫時(shí)在外力作用下產(chǎn)生塑性變形 , 隨著溫度的升高又會(huì)發(fā)生使材料恢復(fù)原狀的逆變形 , 在逆變形過(guò)程中 , 形狀記憶合金可以對(duì)外產(chǎn)生較大的回復(fù)力 , 故可以利用它的回復(fù)力來(lái)對(duì)外做功，制成感溫智能驅(qū)動(dòng)器。 因?yàn)樗哂腥绱苏T人的特殊性能，迅速在 機(jī)械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領(lǐng)域 獲得 了 廣泛的應(yīng)用。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 流變材料的研究與發(fā)展 美國(guó)學(xué)者 于 1948 年發(fā)明 了磁流變液材料。 從 50 年代到 80 年代，電流變學(xué)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)， 成功研制出了不同的電流變材料和器件，而磁流變技術(shù)一直處于停滯不前的狀態(tài)，很少引起人們對(duì)此領(lǐng)域的關(guān)注。 進(jìn)入 90 年代，買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 9 頁(yè) 隨著科技的發(fā)展， 人們發(fā)現(xiàn)了磁流變液性能比電流變液更優(yōu)，比如剪切應(yīng)力比電流變液大一個(gè)數(shù)量級(jí)、要求電源電壓小、具有良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性及溫度穩(wěn)定性等，因此 磁流變液的研究重新得到了重視和發(fā)展 ，對(duì)磁流變液的研究從初始的探索性研制向規(guī)模化、商業(yè)化方向發(fā)展。 在磁流變液的制備方面，美國(guó) 料公司的研究人員在磁流變液及應(yīng)用研究方面取得了突出成果，如 等人對(duì)磁流變器件進(jìn)行了研究 , 并申請(qǐng)了磁 流變阻尼器及減振器、制動(dòng)器等的多項(xiàng)專(zhuān)利 ; 人對(duì)磁流變液材料的流變行為及磁流變液減振器的擠壓模型進(jìn)行了研究，并且 料公司已有商品化磁流變液材料上市。 美國(guó)通用汽車(chē)公司 等人 研究了磁流變液的制備方法 。 在磁流變液性能方面， 英國(guó) 學(xué) 等人研究了在 外 力作用下磁流變液的性能。 等人的研究表明，外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，磁流變液的磁化強(qiáng)度首先迅速增加，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的進(jìn)一步增強(qiáng)，磁化強(qiáng)度的增加趨于緩慢，最后完全飽和； 我國(guó)復(fù)旦大學(xué)的潘勝 6等研究表明，磁 流變液的流變性具有較大溫度范圍內(nèi)（室溫至 150）的穩(wěn)定性； 南京航空航天大學(xué)翁建生 7等人從唯象角度研究了磁流變液的流變力學(xué)特性 。 流變器件的研究現(xiàn)狀 磁流變器件是利用磁流變效應(yīng)的特長(zhǎng)，并與機(jī)械設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，開(kāi)發(fā)的智能器件和裝置。根據(jù)已有的文獻(xiàn)，利用磁流變液的磁流變效應(yīng)的特點(diǎn)，磁流變液可以用于汽車(chē)振動(dòng)控制、阻尼器、離合器、制動(dòng)器、拋光裝置以及醫(yī)療器件等。 由于磁流變效應(yīng)具有響應(yīng)迅速和易于控制的特點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外興起了磁流變液裝置的研究設(shè)計(jì)熱，將磁流變液器件作為電氣控制與機(jī)械系統(tǒng)間簡(jiǎn)單而安 靜的中間裝置，這些裝置包括阻尼器、制動(dòng)器、離合器、拋光裝置、閥、密封裝置、復(fù)合構(gòu)件、柔性?shī)A具等。美國(guó)的 司、 究所和美國(guó)內(nèi)達(dá)華大學(xué)的工作較為出色，已經(jīng)有多種商品化的磁流變液及應(yīng)用器件上市，如汽車(chē)座椅減震器、飛機(jī)機(jī)翼減震支座和應(yīng)用于健身器材的各種阻尼器等。美國(guó)德?tīng)柛?(司利用 司研發(fā)的磁流變阻尼器，開(kāi)發(fā)了汽車(chē)磁流變阻尼懸架系統(tǒng) 產(chǎn)品獲得了 1999 年度世界一百大科技成果獎(jiǎng)。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 10 頁(yè) 磁流變液的研究也取得了一些成果， 鄒繼文等人基于 紹磁流變離合器的原理，分析磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響，建立轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式，為磁流變離合器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù) 8。 徐曉美 9等人研究了一種圓筒式磁流變液離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于 分析了磁流變液離合器的工作原理 ;建立了圓筒式磁流變液離合器傳遞轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速的計(jì)算模型 ,并導(dǎo)出了其設(shè)計(jì)計(jì)算公式。黃金、麻建坐 10人建立了圓筒式磁流變離合器的幾何設(shè)計(jì)方法 ,得到了磁流變液傳遞的轉(zhuǎn)矩和兩圓筒間能產(chǎn)生磁流變效應(yīng)的最小間隙的 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 ,為離合器的幾何設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。 狀記憶合金材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀 1962 年，美國(guó)海軍軍械研究所的 12發(fā)現(xiàn)了 金中的形狀記憶效應(yīng)，才使得形狀記憶效應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用。 從 20 世紀(jì) 70 年代 開(kāi)始 ，相繼開(kāi)發(fā)出了 、 和 形狀記憶合金； 80 年代開(kāi)發(fā)出了、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成本低廉、加工簡(jiǎn)便而引起材料工作者的極大興趣。 迄今為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有形狀記憶效應(yīng)的合金有100 多種。現(xiàn)在，形狀記憶合金 以其奇異的形狀記憶和超彈性等力學(xué)性能，以及優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性能和生物相容性能而被廣泛地應(yīng)用于土木、機(jī)械、控制、電子等工程領(lǐng)域中，如減震器、管結(jié)頭、驅(qū)動(dòng)器、微型繼電器等 ;應(yīng)用于介入治療、整形外科和牙科等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，如腔道和血管支架、接骨固定器、牙齒矯形絲等 金具有優(yōu)異的形狀記憶和偽彈性性能、良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性和生物相容性以及高阻尼特性，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種形狀記憶合金，應(yīng)用范圍已涉及航天、航空、機(jī)械、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、能源、交通、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)和日常生 活等領(lǐng)域。 狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀 從上個(gè)世紀(jì)九十年代初開(kāi)始，形狀記憶合金在國(guó)內(nèi)成為研究的熱點(diǎn)，在工程領(lǐng)域形狀記憶合金多用于驅(qū)動(dòng)器件上，而形狀記憶合金螺旋彈簧由于行程長(zhǎng)回復(fù)力大成為最常用的形狀記憶驅(qū)動(dòng)元件。賈寶賢 13等人介紹了形狀記憶合金螺旋彈簧的設(shè)計(jì)原理、方法及發(fā)展現(xiàn)狀 ,對(duì)三種常用的設(shè)計(jì)方法（表觀設(shè)計(jì)法，圖解設(shè)計(jì)法，回歸分析法）進(jìn)行了比較和討論，并給出建議：當(dāng)只考慮 T 完全馬氏體狀態(tài)和 T 150C 150C 150C 工作溫度 +130C +130C +130C 圖 服應(yīng)力與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 15 頁(yè) 圖 服應(yīng)力與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 16 頁(yè) 響形狀記憶效應(yīng)的因素 合金成分 148 合金成分是影響形狀記憶特性的首要因素。增加 量 (量不超過(guò)51 )可使合金的相變點(diǎn)下降，同時(shí)母相的屈服強(qiáng)度提高。從相變點(diǎn)與 量的相互關(guān)系來(lái)看，一般 量增加 相變 溫度將降低 10 左右。加入 換 V、 換 元素可使合金相變點(diǎn)向低溫側(cè)偏移。 加入可以提高合金的超彈性； V 元素可以提高合金的屈服強(qiáng)度和超彈性； 素可增大合金的相變滯后；加入 使合金的相變滯后減小并降低馬氏體的變形應(yīng)力，但相變溫度基本不變。而提高馬氏體相變溫度的元素大多為第 副族和第 族元素，如 代 代 。 加工處理方法 149 金的記憶效應(yīng)與加工處理履歷有很大關(guān)系，記憶特性 的實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)記憶處理。記憶處理可以先在一定溫度 (通常大于 為能夠出現(xiàn)應(yīng)力誘發(fā)馬氏體的最高溫度 )下熱成型，隨后進(jìn)行記憶熱處理；也可以在低溫下變形，約束變形后的形狀在一定溫度下 (處理以實(shí)現(xiàn)合金的記憶功能。通過(guò)不同加工處理， 金可以獲得不同類(lèi)型的形狀記憶效應(yīng)。 形變 150 在馬氏體狀態(tài)下施加的形變 (包括卸載后的殘余變形和預(yù)應(yīng)變 )對(duì) 金隨后加熱時(shí)的形狀回復(fù)溫度和回復(fù)率有重大影響。形變提高了 金馬氏體的穩(wěn)定性，可顯著提高逆轉(zhuǎn)變溫度 則影 響不大。 約束狀態(tài) 151 約束狀態(tài)和熱循環(huán)等對(duì) 金的形狀記憶特性也起著一定的影響作用，憶合金元件在受載狀態(tài)下，相變溫度會(huì)有所提高，但形狀回復(fù)率會(huì)下降。 輻射 151 當(dāng)環(huán)境溫度在常溫附近時(shí)，中子輻射會(huì)抑制鈦鎳合金的馬氏體相變，輻射后在 523K 下退火處理可以消除這一影響。當(dāng)環(huán)境溫度在 423 K 以上時(shí)，中子輻射幾乎不會(huì)對(duì)鈦鎳合金的形狀記憶行為產(chǎn)生影響。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 17 頁(yè) 3 動(dòng)的 動(dòng)裝置的工作原理 作原理 熱效應(yīng)下由形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的磁流變液在兩平行圓盤(pán)間的擠壓傳動(dòng)原理如圖 過(guò)加熱形狀記憶合金彈簧可以產(chǎn)生軸向力把活塞前向推動(dòng)，從而使工作間隙內(nèi)充滿磁流變液。利用磁流變液屈服應(yīng)力可由外加磁場(chǎng)連續(xù)控制的特點(diǎn)，在一定的條件和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)擠壓力的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 磁流變液主要由固體顆粒、載液油和穩(wěn)定劑 3部分組成。在一定強(qiáng)度的外加磁場(chǎng)作用下其流變特性會(huì)發(fā)生劇變，表觀黏度在瞬間增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，成“固化”狀態(tài)；而在無(wú)磁場(chǎng)作用的狀況下表現(xiàn)為一般牛頓流體的流動(dòng)特性；并且通過(guò)對(duì)外加磁場(chǎng)的控制，磁流變液的“固化”反應(yīng)是連續(xù)、可逆的 。因此，憑借其反應(yīng)迅 速、連續(xù)、可逆而且方便與計(jì)算機(jī)技術(shù) 結(jié)合進(jìn)行控制的特性，磁流變液已經(jīng)成為智能材料發(fā)展的一個(gè)主要方向，是當(dāng)今世界智能材料與機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)之一。 磁流變液傳動(dòng)器件的工作原理 本論文中研究的圓盤(pán)式磁流變傳動(dòng)器件的工作原理如圖 入軸在外接動(dòng)力源的帶動(dòng)下驅(qū)使主動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁線圈無(wú)電流時(shí)，磁流變液呈 體中散砂似的懸浮粒子不阻礙主動(dòng)盤(pán)與從動(dòng)盤(pán)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，傳遞轉(zhuǎn)矩僅是很小的流體黏性阻力矩。然而，當(dāng)電磁線圈通入電流后，磁流變液買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 18 頁(yè) 中的懸浮粒子在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁化，沿磁通的方向相互吸引形成鏈狀。這種鏈狀結(jié)構(gòu)增大了磁流變液的剪切應(yīng) 力，依靠這種剪切應(yīng)力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小而改變傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。 在圖里面的磁性體里面加入活塞，活塞里面的彈簧用形狀記憶合金代替，把磁流變液推入流體腔 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 19 頁(yè) 盤(pán)空間的切向剪切傳動(dòng) 工作原理 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的磁流 變液在兩圓盤(pán)空間的切向剪切傳動(dòng)如圖 示。加熱形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)彈簧，使形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)彈簧軸向伸長(zhǎng)，從而驅(qū)動(dòng)磁流變液進(jìn)入主動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)之間形成的工作腔中。當(dāng)勵(lì)磁線圈通入電流后，磁流變液中的懸浮粒子在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁化，沿磁場(chǎng)方向相互吸引形成鏈狀，這種鏈買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 20 頁(yè) 狀結(jié)構(gòu)增大了磁流變液的剪切應(yīng)力，依靠這種剪切應(yīng)力實(shí)現(xiàn)主動(dòng)圓盤(pán)與從動(dòng)圓盤(pán)之間的轉(zhuǎn)矩的傳遞。在低溫下形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)彈簧被壓縮，在離心力和工作腔中壓縮空氣的作用下，磁流變液通過(guò)導(dǎo)管流回儲(chǔ)油腔中保存起來(lái)。 流動(dòng)模型 磁流變液在兩圓盤(pán)間的剪切模型如圖 示， 磁流變液工作在內(nèi)外半徑分別為 2、相距為 h(hr)的兩個(gè)平行圓盤(pán)的間隙中。主動(dòng)盤(pán)以角速度 1 沿圓盤(pán)間的磁流變液受到剪切，從而帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)以角速度 2 轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)磁流變液在兩圓盤(pán)間的平行流動(dòng)中，磁流變液沿徑向和和軸向沒(méi)有流動(dòng)( 0 ， 0 )，磁流變液的切向速度 u 是 z 和 u =u(z, r)。 控制方程與邊界條件 柱坐標(biāo)下，磁流變液在兩圓盤(pán)間沿 方向的運(yùn)動(dòng)方程為 170 1 1 2r r zr z ru u u u u u u pu u ft r r z r r r r z r (式中， 是磁流變液密度； u 為切向 速度； t 為時(shí)間； 徑向速度； f 為 方向的質(zhì)量力； 為應(yīng)力張量。 圖 狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的磁流變液在兩圓盤(pán)間的剪切傳動(dòng) R MA h MR il MA r 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 21 頁(yè) 圖 流變液在兩圓盤(pán) 間的周向流動(dòng) R 于如圖 所示的磁流變液在兩平行圓盤(pán)間的受剪流動(dòng)，假設(shè)磁流變液為不可壓縮流體，磁流變液對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng) ( 0， 0t)，流速只沿切向分布，忽略質(zhì)量力，無(wú)外加應(yīng)力，則方程 (簡(jiǎn)化為 2 0rz rr z r (式中， 由式 (知，磁流變液在兩平行圓盤(pán)之間的流動(dòng)是一個(gè)二維問(wèn)題。在這種情況下，磁流變液的切向速度 u是 r 和 z 的函數(shù)，即 ( , )u u z r 。根據(jù)假設(shè)條件，可知 0u ，也就是說(shuō)流速分量 u在 方向并不變化，沿各坐標(biāo)方向的流速為 0( , )0r z (式中， r 為微圓環(huán)的半徑， ( , )是磁流變液在圓盤(pán)厚度方向的角速度，它是 z和 r 的函數(shù)。 由于磁流變液在兩圓盤(pán)間的流動(dòng)方程 (一個(gè)非線性偏微分方程，剪切速率受兩個(gè)方向的速度梯度的影響，無(wú)法得到解析解，因此必須應(yīng)用數(shù)值解法。然而，一維本構(gòu)方程（如 ）無(wú)法運(yùn)用于數(shù)值解法。由本文第二章的分析可知，在外加磁場(chǎng)作用下，磁流變液的三維本構(gòu)模型可表示為 ( 2 )0( 2 ) 0i j j J (1 2 h z 2 0 z r 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 22 頁(yè) 式中，應(yīng)變張量， G 是未屈服部分材料的彈性模量； 是被 屈服液體的粘度；y為屈服應(yīng)力，)2(應(yīng)變率張量， ( 2 ) ( 2 )22 J 。方程 (一維形式為 1 2 1 2121 2 1 212( 2 ) (當(dāng)12 時(shí)，式 (為 構(gòu)模型。然而，在本構(gòu)方程 (，當(dāng)剪切應(yīng)變率趨于零時(shí) (12 0 )，表觀粘度 (12y)趨于無(wú)窮大，從而導(dǎo)致不連續(xù)，在數(shù)值計(jì)算中無(wú)法得到數(shù)值解。為了避免這種情況， 74對(duì) 型進(jìn)行了修正以近似 表達(dá)磁流變液的流變行為 ( 2 )( 2 )yi j i (式中， 為修正系數(shù)。經(jīng)過(guò)修正系數(shù) 的修正，在 型中類(lèi)似固體未屈服的材料近似地由很高粘度的液體代替，如圖 示。 圖 型 柱坐標(biāo)下應(yīng)變率的一般形式為 212121212121)( ， 應(yīng)變率各分量由速度分量表示，則 y減小 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 23 頁(yè) 11 1 1()()221 1 1 1 1 1 1( ) ( )221 1 1( ) ( )22r r r z u z rr r ru u r r r r z u u ur z r z z (偏應(yīng)力張量在極坐標(biāo)系下的一般形式為 000根據(jù)假設(shè)條件和式 (方程 (化為 1 ( , )0 ( ) 021 ( , ) 1 ( , )( ) 0 ( )221 ( , )0 ( ) 02r z (變形率的第二不變量為 2 2 2( 2 )221 ()41 ( , ) ( , ) 4r z z r r z z r z (由于只有兩個(gè)非零的變形率張量和應(yīng)力張量分量，因此它們可以表示為矢量形式 ， 12 (為了簡(jiǎn)化，式中用 代替 ( , )表示 速度。 結(jié)合方程 ( (得到 構(gòu)方程 (簡(jiǎn)化形式為 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 24 頁(yè) 222 (假設(shè)與主動(dòng)盤(pán)相接觸的磁流變液的流速與主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速相同，1，沿從動(dòng)盤(pán)方向磁流變液的流速遞減并在從動(dòng)盤(pán)處流速與從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速相同，2。假設(shè)磁場(chǎng)只分布在內(nèi)外半徑之間。沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液的屈服應(yīng)力為零0 0y H ，此時(shí)磁流變液表現(xiàn)為牛頓流體。基于以上假設(shè)，要用到牛頓粘性方程 。由于兩圓盤(pán)間的間隙很小，所以假設(shè)在頂部與底部之間速度承線性分布，于是，邊界條件為 2 1 21 1 212121222( 0 , ) ( , ) ( , ) 0( , ) 0r R r Rh r R r z z z z (引入以下無(wú)量綱參數(shù)以使運(yùn)動(dòng)方程、本構(gòu)方程和邊界條件無(wú)量綱化 ，1 ，1 ，1 ，1 ， rr h ， zz h (使用這些無(wú)量綱參數(shù)，得到方程 ( ( (無(wú)量綱形式為 2 0 z r (2211 2 (3. 15b) 2 1 2121 2 22 2 2 ( 0 , ) ( 1 , ) 1 ( , ) 1 0 1 ( , ) 1 0 1r R r r z z z (3. 15c) 流動(dòng)分析 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 25 頁(yè) 由于無(wú)法解得偏微分方程組 (3. 15a)和 (3. 15b)的解析解，故應(yīng)用有限差分法求解方程組 ( (數(shù) 值解。在此方法中，速度偏導(dǎo)數(shù)由有限差分公式代替，因此，偏微分方程組簡(jiǎn)化為一個(gè)代數(shù)方程組。只在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行計(jì)算，而其他區(qū)域不參與計(jì)算，如圖 示。 圖 算區(qū)域及節(jié)點(diǎn) 算步驟如下 (1)由方程 (到 和的解析式。上述偏導(dǎo)數(shù)是速度的方程。 (2)速度偏導(dǎo)數(shù)由有限差 分公式代替。無(wú)量綱化的速度偏導(dǎo)數(shù)為 2222222 ( , 1 ) ( , 1 ) 2 ( 1 , ) ( 1 , ) 2 ( , 1 ) 2 ( , ) ( , 1 ) ( 1 , ) 2 ( , ) ( 1 , ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) 4j i j i j i j i j i j i j i j i j i jr z h h 也用到。 (, )為節(jié)點(diǎn) ),( 速度； 別為 r 向和 (3) 方程 (偏導(dǎo)數(shù)由代數(shù)方程代替。 j=1 i=1 j=m i=n j i z=0 z=h r=R1 r=R2 i, j hz hr i+1, j j i, i, j+1 i+1, j+1 i+1, j+1 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 26 頁(yè) (4) 編寫(xiě)第 3 步中代數(shù)方程的 碼。運(yùn)用方程 (出的邊界條件，求得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度值。 基于上述理論，應(yīng)用迭代有限差分法 并用 寫(xiě)程序計(jì)算獲得角速度分布等值線，如圖 示。分析計(jì)算中假設(shè)已知以下參數(shù)：1 25 ，2 50 ， 1 ， P a s ，1 1 0 0 s ，2 2 0 s ， 50 。從以上參數(shù)中可以求得無(wú)量綱參數(shù)為：1 25R ，2 50R ，2 ， 1785， 。 需要說(shuō)明的是，厚度 h 遠(yuǎn)小于徑向距離 12 ，但是為了說(shuō)明的目的，尺寸并沒(méi)有按比例繪制。 5 10 15 20 25 30 35 40 45 505101520253035404550圖 速度分布等值線 he of 10 15 20 25 30 35 40 45 5051015202530354045500 h 1 r h 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 27 頁(yè) 由圖 知，磁流變液在兩平行圓盤(pán)間剪切流動(dòng)的角速度 ( , )在半徑 此可以假設(shè) ( , ) 0z r r ，角速度只是 z 的函數(shù)。于是，運(yùn)動(dòng)方程 (進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 0 (積分 (得 1z c (式中，1 (可知，在兩平行圓盤(pán)間作剪切流動(dòng)的磁流變液受到剪切應(yīng)力處處相等。如果工作間隙中的磁流變液有一處地方作剪切屈服流動(dòng)，則處處做剪切屈服流動(dòng)，反之，如果有一處未 屈服則處處未屈服。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后的運(yùn)動(dòng)方程 (，形式更簡(jiǎn)單，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，可采用一維本構(gòu)方程來(lái)描述磁流變液流變行為。一維流動(dòng)本構(gòu)方程可由 型來(lái)描述 0s (式中， m 、 為大于零的常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。剪應(yīng)變率 為 d ( )d zr z (當(dāng) 時(shí)，磁流變液處處未屈服，類(lèi)似固體。工作間隙中的磁流變液的運(yùn)動(dòng)角速度處處相等且等輸入和輸出角速度 12()z (當(dāng) 時(shí)，工作間隙中的磁流變液處處作剪切屈服流動(dòng)，將式 (入 ( 11d ( ) 1 (積分 (，并應(yīng)用邊界條件：在 z=0 處， 2)( z ；在 z=h 處， 1)( z 。得流動(dòng)角速度方程為 122 ()() zz h ( 傳遞轉(zhuǎn)矩 對(duì)于如圖 所示的磁流變液在兩圓盤(pán)間的流動(dòng)，設(shè)圓盤(pán)的工作面積為半徑從 圓環(huán)，在半徑 r 處取一微圓環(huán)面積 生的作用力為 為磁流變液的剪切應(yīng)力；傳遞的轉(zhuǎn)矩為 有 dM= 可知整個(gè)圓盤(pán)能傳遞的轉(zhuǎn)矩為 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 28 頁(yè) 2122 r r (兩平行圓盤(pán)間磁流變液 的傳遞轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，分別為磁流變液本身粘度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 M和由磁流變屈服應(yīng)力 y 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 設(shè)兩圓盤(pán)工作間隙中的磁流變液全部屈服作剪切流動(dòng)，則由方程 ( ( (磁流變液粘度產(chǎn)生的傳遞轉(zhuǎn)矩 M為 22112 3 3 12212 2 ( ) ( )3RR m m mM d M r d r R (假設(shè)磁場(chǎng)強(qiáng)度在工作間隙中均勻分布，則由磁流變屈服應(yīng)力 y 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩22112 3 3212 2 ()3 y yM d M r d r R R (所以在兩圓盤(pán)間，磁流變液傳遞的轉(zhuǎn)矩為 3 3 3 3 122 1 2 12 2 ( ) ( ) ( )33 m m M R R R ( 計(jì)算結(jié)果與分析 分析計(jì)算中磁流變液材料選 度 =s ，其剪切應(yīng)力與剪應(yīng)變率的關(guān)系如圖 示。假設(shè)磁流變液工作間隙的內(nèi)外半徑分別為0 5 作間隙 h=1大輸入角速度為 1300s。根據(jù)式 (算得無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)稀釋系數(shù) m 對(duì)兩平行圓盤(pán)間磁流變液的最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩的影響，如圖 示。當(dāng)稀釋系數(shù) m 分別為 1 時(shí)，最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩分別為 圖 知，稀釋系數(shù) m 對(duì)磁流變液的粘性 傳遞轉(zhuǎn)矩有很大影響。 圖 切應(yīng)力與剪應(yīng)變率的關(guān)系 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 29 頁(yè) 根據(jù)式 (算得磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)兩平行圓盤(pán)間磁流變液傳遞轉(zhuǎn)矩的影響，如圖 示。由于傳遞轉(zhuǎn)矩由磁流變液屈服應(yīng)力產(chǎn)生而粘性轉(zhuǎn)矩很小，于是可設(shè)m=1， Pas。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為 50m、 100m 和 150遞轉(zhuǎn)矩分別為 達(dá)到飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 200m 時(shí)，傳遞轉(zhuǎn)矩為 19 倍于零磁場(chǎng)時(shí)的最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩 圖 磁場(chǎng)作用下傳遞轉(zhuǎn)矩與 m 的關(guān)系 m no 遞轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 30 頁(yè) 在外加磁場(chǎng)作用下，磁性金屬顆粒沿磁力線方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)。這種鏈狀結(jié)構(gòu)限制了流體的運(yùn)動(dòng)，因此改變了流體的流變行為。這種限制載液流動(dòng)的結(jié)構(gòu)的形成即是磁流變效應(yīng)。磁性金屬顆粒通常由羰基鐵，鐵粉，鐵 /鈷合金等磁飽和強(qiáng)度高的材料制成。磁流變液中的磁性金屬顆粒體積百分含量可高達(dá) 50。磁性金屬顆粒的尺寸取決于生產(chǎn)方法，通常是微米級(jí)的。對(duì)于不同的用途，可以選擇和組合不同的顆粒尺寸。羰基鐵顆粒的大小通常在 1米之間。一般地，磁性金屬顆粒越大和百分含量越高磁流變液在外加磁場(chǎng)作用下所能提供的扭矩越大，但同時(shí)磁流變 液在零磁場(chǎng)下的粘度也越高。因此，材料的成分對(duì)磁流變效應(yīng)的影響非常大。 添加劑包括穩(wěn)定劑和表面活性劑。添加劑能起到分散磁性金屬顆粒、防止流體觸變、改進(jìn)摩擦、防止腐蝕和磨損等作用。油脂或其他防觸變添加劑可以用于改善磁流變液的穩(wěn)定性、防止磁性金屬顆粒沉淀。亞鐵可以作為分散劑，硬脂酸鈉或硬脂酸鋰可作為防觸變添加劑。添加劑要求能夠控制液體的濃度、顆粒間的摩擦和沉淀并且在設(shè)計(jì)使用壽命期間性能穩(wěn)定。 電流變效應(yīng)的發(fā)生取決于靜電場(chǎng)，而磁流變效應(yīng)取決于磁場(chǎng)。磁流變產(chǎn)品的控制精度比等效電流變產(chǎn)品高 20 至 50 倍。所有這些磁流變技 術(shù)的優(yōu)勢(shì)使得基于磁流變技術(shù)的器件越來(lái)越引起科研人員的興趣。由于解決了一些工業(yè)問(wèn)題，對(duì)于磁流變液的應(yīng)用無(wú)論是技術(shù)還是商業(yè)利潤(rùn)方面都已變得非常有前途，使得磁流變技術(shù)持續(xù)不斷地發(fā)展。電流變液和磁流變液主要性能的比較如表 示。 磁流變液的組成內(nèi)容主要包括三個(gè)基本部分，分別為：基礎(chǔ)液、磁性金屬顆粒和添加劑。 基礎(chǔ)液的主要功能是作為磁性金屬顆粒和添加劑的載液，對(duì)磁性金屬顆粒進(jìn)行