磁流變液的性能與應(yīng)用M.Kciuka,*R.TurczynbaDivisionofNanocrystallineandFunctionalMaterialsandSustainablePro-ecologicalTechnologies,InstituteofEngineeringMaterialsandBiomaterials,SilesianUniversityofTechnology,ul.Konarskiego18a,44-100Gliwice,PolandbDepartmentofPhysicalChemistryandTechnologyofPolymers,SilesianUniversityofTechnologyul.MarcinaStrzody9,44-100Gliwice,Poland*Correspondingauthor:E-mailaddress:monika.kciukpolsl.plReceived15.03.2006；acceptedinrevisedform30.04.2006目的：本文介紹了近年來磁流變流體（MR）的基本屬性及其發(fā)展，以及在各種機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中的作用提高了。設(shè)計(jì)/方法/方式：理論研究成果中獲得的性能和應(yīng)用。在過去的幾十年和近幾年所取得的進(jìn)步。調(diào)查結(jié)果：它是非常清楚的介紹傳統(tǒng)的設(shè)備更換與應(yīng)用，這種智能系統(tǒng)能更好地適應(yīng)環(huán)境的刺激是必要的。他們中的許多應(yīng)用將包括磁流變液為活性成分。研究限制/影響：MR流體性能優(yōu)異的可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的民用工程，安全工程，交通運(yùn)輸和生命科學(xué)。他們提供了一個(gè)具有優(yōu)秀的活動(dòng)能力控制的機(jī)械性能。實(shí)踐意義：從事剎車的設(shè)計(jì)工程師非常有用的材料，阻尼器，合器和減震器系統(tǒng)。創(chuàng)新/價(jià)值：本文介紹了一個(gè)跟上時(shí)代的MR材料的開發(fā)和應(yīng)用在土木工程。超過時(shí)下解決方案的智能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)將成為的方向21世紀(jì)器件的研究和設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：智能材料，磁材料，磁學(xué)性質(zhì)，剪應(yīng)力1.1介紹目前使用標(biāo)準(zhǔn)的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)的材料在科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了驚人的發(fā)展，這些材料不具有某些金屬材料特別特殊的特性（即鋼，鋁，金）。試想一下各種可能性，存在的特殊材料具有的屬性，并且科學(xué)家可以操作，一些材料有能力改變形狀或大小，只需加入一點(diǎn)點(diǎn)的熱量，或從液體到固體在磁鐵附近時(shí)發(fā)生改變，這些材料就是所謂的智能材料。智能材料具有一個(gè)或多個(gè)屬性，可以顯著地改變材料的屬性。最日常的材料具有的物理性質(zhì)，這是不能隨便改變的：例如，如果油被加熱會(huì)變得更薄一點(diǎn)，而智能材料加于變量可能會(huì)變成易流動(dòng)的液體狀態(tài)到固體。每個(gè)單獨(dú)的智能材料有不同的屬性，它可以顯著地改變，如粘度、體積或著導(dǎo)電性。這些可以可以改變的屬性，確定是什么類型的應(yīng)用程序的智能材料可以應(yīng)用于下表1。智能材料的品種已經(jīng)存在，并正在廣泛的研究。這些包括壓電材料和形狀記憶合金，一些日常用品（如咖啡壺，汽車，眼鏡）將智能材料和為他們的應(yīng)用程序數(shù)量已經(jīng)在穩(wěn)步增長了。磁材料（流體）（MR）是一類智能材料的流變性能（例如粘度）通過施加磁場，可以迅速改變其特性。在磁場下的影響，懸浮的磁性粒子相互作用形成的結(jié)構(gòu)，即抵抗剪切變形或拉伸形變。在材料中出現(xiàn)的這種變化作為一種快速增加表觀粘度或半固體狀態(tài)的發(fā)展。在磁流變材料中的應(yīng)用進(jìn)展是處于新的，使更復(fù)雜的磁流變材料的具有發(fā)展更好的性能和穩(wěn)定性。許多智能系統(tǒng)和的粘度的變化或其他結(jié)構(gòu)將受益于材料性能的MR。如今，這些應(yīng)用程序包括制動(dòng)器，減震器，離合器，避震系統(tǒng)。2.2流體的磁特性典型的磁流變流體的懸浮液微米級(jí)的，可磁化顆粒（主要是鐵顆粒）懸浮于適當(dāng)?shù)妮d體液體，如礦物油、合成油、水或乙二醇。載體液作為分散的介質(zhì)中，并確保流體中的顆粒的均勻性。各種各樣的添加劑（穩(wěn)定劑和表面活性劑）是用來防止重力沉降和促進(jìn)穩(wěn)定的顆粒懸浮液，提高潤滑性和改變初始粘度的磁流變液。穩(wěn)定劑將有助于保持顆粒懸浮在流體中，從而被吸附的表面活性劑的表面上的磁性顆粒，以提高流體中感生的極化的磁場的應(yīng)用程序后的懸浮顆粒。表1概括的MR流體的屬性：表1：特性典型值初始粘度0,20,3Pas(at25oC)密度34g/cm3磁場強(qiáng)度150250kA/m屈服點(diǎn)50100kPa反應(yīng)時(shí)間幾毫秒典型的電源電壓和電流強(qiáng)度225V,12A工作溫度-50do150oC通常情況下，可磁化粒子的直徑范圍從3到5微米，可以用于功能性磁共振液體中。但是較大的顆粒，讓懸浮液中顆粒的穩(wěn)定的會(huì)變得越來越困難，因?yàn)樵黾宇w粒的大小使它要更大的浮力使其懸浮。相對便宜的羰基鐵的數(shù)量通常是限于尺寸大于1或2微米。更小的顆粒容易暫停并且更好的運(yùn)用，但制造這樣的顆粒是困難的。較小的顯著鐵磁顆粒，顆粒通常是僅可作為氧化物，如材料通常在磁記錄介質(zhì)中找到。從這些顆粒材料的磁流變液是相當(dāng)穩(wěn)定，因?yàn)轭w粒通常直徑只有30納米。然而，由于其較低的飽和度磁化強(qiáng)度，由這些顆粒制成的流體通有常約5千帕的壓強(qiáng)，并有一個(gè)比表面積大的大的塑料來限制其粘度。這些主要參數(shù)被列于上表1。在外加磁場的情況下，MR流體是近似于牛頓流體。對于大多數(shù)工程應(yīng)用一個(gè)簡單的賓漢塑性模型對其有效的描述必不可少的，實(shí)際情況取決于流體的特性。一賓漢型塑料是一種非牛頓流體，其屈服應(yīng)力必須超過前的流量可以開始。此后，將剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線曲線是程線性的。在此模型中，總屈服應(yīng)力由下式給出（1）：.0)(H其中：0-屈服應(yīng)力引起的磁場，PaH-磁場強(qiáng)度，A/M.-剪切速率，S-塑性粘度，Pa許多現(xiàn)代的復(fù)雜模型，如磁流體5，6，通常情況下，磁流變液是自由流動(dòng)的液體，和潤滑油（圖1）相類似。圖1.1無外磁場MR流體模型（1-載體液體，2-懸浮磁化顆粒）然而，在所施加的磁場的存在下，在鐵粒子獲得與外部對齊的偶極矩的時(shí)候，這會(huì)導(dǎo)致顆粒形成對準(zhǔn)到磁場的直鏈。這種現(xiàn)象可以穩(wěn)定暫停的鐵顆粒和限制的流體運(yùn)動(dòng)。因此，在屈服強(qiáng)度與流體內(nèi)的開發(fā)的變化程度所施加的磁場的大小有關(guān)，并且這種改變可以發(fā)生在幾個(gè)毫秒之內(nèi)。磁流變液的性能及應(yīng)用典型的磁流變材料可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度分別為約50-100千帕，150250kA/m