外文翻譯--磁流變液的性能與應用 中文版

1、<p>　　磁流變液的性能與應用</p><p>　　M. Kciuk a,* R. Turczyn b</p><p>　　a Division of Nanocrystalline and Functional Materials and Sustainable</p><p>　　Pro-ecological Technologies, Instit

2、ute of Engineering Materials and Biomaterials,</p><p>　　Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland</p><p>　　b Department of Physical Chemistry and Technology

3、of Polymers,</p><p>　　Silesian University of Technology ul. Marcina Strzody 9, 44-100 Gliwice, Poland</p><p>　　* Corresponding author: E-mail address: monika.kciuk@polsl.pl</p><p>　

4、　Received 15.03.2006; accepted in revised form 30.04.2006</p><p>　　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 機械設備的實際應用中的作用提高了。</p><p>　　設計/方法/方式 ：理論研究成果中獲得的性能和應用。在過去的幾十年和近幾年所取得的進步。</p><p&

5、gt;　　調查結果： 它是非常清楚的介紹傳統(tǒng)的設備更換與應用，這種智能系統(tǒng)能更好地適應環(huán)境的刺激是必要的。他們中的許多應用將包括磁流變液為活性成分。</p><p>　　研究限制/影響 ：MR流體性能優(yōu)異的可以應用在各個領域的民用工程，安全工程，交通運輸和生命科學。他們提供了一個具有優(yōu)秀的活動能力控制的機械性能。</p><p>　　實踐意義： 從事剎車的設計工程師非常有用的材料，阻尼器，

6、合器和減震器系統(tǒng)。</p><p>　　創(chuàng)新/價值 ：本文介紹了一個跟上時代的MR材料的開發(fā)和應用在土木工程。超過時下解決方案的智能系統(tǒng)的優(yōu)點將成為的方向21世紀器件的研究和設計。</p><p>　　關鍵詞： 智能材料，磁材料，磁學性質，剪應力</p><p><b>　　1. 1 介紹</b></p><p>　　目

7、前使用標準的電子和機械設計的材料在科學技術已經取得了驚人的發(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）。</p><p>　　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，只需加入一點點的熱量，或從液體到固體在磁鐵附近時發(fā)生改變，這些材料就是所謂的智能材料。 智能材料具有一個或多個屬性，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，這是

8、不能隨便改變的：例如，如果油被加熱會變得更薄一點，而智能材料加于變量可能會變成易流動的液體狀態(tài)到固體。每個單獨的智能材料有不同的屬性，它可以顯著地改變，如粘度、體積或著導電性。這些可以可以改變的屬性， 確定是什么類型的應用程序的智能材料可以應用于下表[1]。</p><p>　　智能材料的品種已經存在，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用程

9、序數(shù)量已經在穩(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構，即抵抗剪切變形或拉伸形變。 </p><p>　　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用進展是處于新的，使更復雜的磁流變材料的具有發(fā)展更好的性能和穩(wěn)定性。 </p><p>　

10、　許多智能系統(tǒng)和的粘度的變化或其他結構將受益于材料性能的MR。 如今，這些應用程序包括制動器，減震器，離合器，避震系統(tǒng)。</p><p>　　2. 2 流體的磁特性</p><p>　　典型的磁流變流體的懸浮液微米級的，可磁化顆粒（主要是鐵顆粒）懸浮于適當?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

11、來防止重力沉降和促進穩(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用程序后的懸浮顆粒。</p><p>　　表1概括的MR流體的屬性 ：</p><p><b>　　表[1]：</b></p><p>　　特性

12、 典型值</p><p>　　初始粘度 0,2 – 0,3 [Pa·s] (at 25oC)</p><p>　　密度 3 – 4 [g/cm3]</p><p>　　磁場強度 150 – 250 [

13、kA/m]</p><p>　　屈服點 50 – 100 [kPa]</p><p>　　反應時間 幾毫秒</p><p>　　典型的電源電壓和電流強度 2 – 25 V, 1–2 A</p><p>　　工作溫度

14、 -50 do 150 [oC]</p><p>　　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)定的會變得越來越困難，因為增加顆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

15、中找到。從這些顆粒材料的磁流變液是相當穩(wěn)定， 因為顆粒通常直徑只有30納米。 然而，由于其較低的飽和度磁化強度，由這些顆粒制成的流體通有常約5千帕的壓強，并有一個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。</p><p>　　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)工程應用一個簡單的賓漢塑性模型對其有效的描述必不可少的，實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

16、服應力必須超過前的流量可以開始。此后，將剪切速率與剪切應力的關系曲線曲線是程線性的。在此模型中，</p><p>　　總屈服應力由下式給出（1）：</p><p>　　其中：-屈服應力引起的磁場，[Pa]</p><p>　　H -磁場強度，[A / M]</p><p>　　- 剪切速率，[S]</p><p>　　

17、-塑性粘度，[[Pa]</p><p>　　許多現(xiàn)代的復雜模型，如磁流體[5，6]，通常情況下，磁流變液是自由流動的液體，和潤滑油（圖1）相類似。</p><p><b>　　圖1. 1</b></p><p>　　無外磁場MR流體模型（1 -載體液體，2 -懸浮磁化顆粒）</p><p>　　然而，在所施加的磁場的存在

18、下，在鐵粒子獲得與外部對齊的偶極矩的時候，這會導致顆粒形成對準到磁場的直鏈。</p><p>　　這種現(xiàn)象可以穩(wěn)定暫停的鐵顆粒和限制的流體運動。因此，在屈服強度與流體內的開發(fā)的變化程度所施加的磁場的大小有關，并且這種改變可以發(fā)生在幾個毫秒之內。</p><p>　　磁流變液的性能及應用典型的磁流變材料可以實現(xiàn)產量強度和磁場強度分別為約50-100千帕，150–250 kA/m。測試結果發(fā)現(xiàn)

19、，壁面粗糙度對接觸與流體的屈服強度是很重要的，特別是在低磁場之中。在MR材料中，最終達成飽和點時增加的磁場強度的做不增加的MR材料的屈服強度。這現(xiàn)象通常在大約300千安/米的磁飽和時的MR材料的強度是可以的。 </p><p>　　使用有限元分析研究： </p><p>　　圖2. 2流體模型外磁場</p><p>　　MR流體模型外的磁場作用是立即恢復，如

20、果磁場強度是減少或取消，將會記錄6.5毫秒的反應時間。MR材料是已經可以是穩(wěn)定的從-50℃至150℃的溫度范圍內有輕微的變化的體積分數(shù)，因此在這些溫度下的強度輕微減少它的吸收率，但它們的變化是很小的。</p><p>　　另外的懸浮顆粒的粒度的影響分布是在一個變化中的MR流體的屬性磁場之中。</p><p>　　磁性材料表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，是典型的隨電流變化的材料。相對的那些材料，磁流變液

21、是有用的，因為流變性質的改變是大，ER流體，所以增加的屈服應力的20-50倍。與ER的材料不同的是，他們也不太對濕度和污染物敏感，因此，磁流變材料的候選中的使用不潔或受污染的環(huán)境中。 它們也不作為ER材料的表面活性劑的表面化學。 功率（50 W），電壓（12-24V）的條件下MR與ER是相對比較小的材料被激活的材料。</p><p>　　3. 3 應用磁流體</p><p>　　磁流變材料

22、的在液體狀態(tài)，因為可以由控制所施加的磁場的強度，在應用程序中變量的性能是必需的而且它是有用的。微處理器，傳感器技術和提高電子信息內容和處理速度已經創(chuàng)建了實時智能控制的可能性系統(tǒng)的MR設備。</p><p>　　MR技術的商業(yè)化開始1995年在使用的旋轉制動器的有氧運動設備中，從這一刻開始應用磁流變材料技術并在在現(xiàn)實應用中的實現(xiàn)穩(wěn)步增長。在過去的幾年中，一些商用提供的產品（或接近商業(yè)化）發(fā)展，例如：</p&g

23、t;<p>　　﹒線性磁流變阻尼器的實時主動振動控制</p><p><b>　　﹒系統(tǒng)在重型卡車</b></p><p>　　﹒線性和旋轉制動器的低成本的，準確的位置，氣動執(zhí)行器系統(tǒng)的速度控制</p><p>　　﹒旋轉制動器，轉向提供觸覺力反饋線系統(tǒng)，在先進的實時步態(tài)控制的線性阻尼器</p><p>&

24、lt;b>　　﹒假肢裝置</b></p><p>　　﹒可調節(jié)的實時控制減震器</p><p><b>　　﹒汽車</b></p><p>　　﹒MR洗衣機海綿阻尼器，</p><p><b>　　﹒磁流體拋光工具，</b></p><p>　　﹒為減輕地震

25、破壞非常大的磁流變液阻尼器</p><p>　　﹒在土木結構，大型磁流變液阻尼器風致振動控制斜拉橋。</p><p>　　MR制動器在直接剪切模式中，剪切 MR流體灌裝在兩個表面之間的間隙（軸瓦和轉子）與相對于彼此移動。轉子被固定到軸，它被放置在軸承和可以旋轉有關軸瓦。 MR中制動阻力轉矩取決于液體的粘度，可以通過磁場變化的MR流體。MR制動可用于連續(xù)控制的扭矩。當有沒有磁場的轉矩引起的載

26、體的粘度液體變化時，軸承處于密封。MR制動特別適合在各種應用場所，包括氣動致動器控制，精密張力控制和觸覺力反饋的應用，轉向離合器。</p><p>　　MR離合器類似MR制動的操作在直接剪切模式和傳輸輸入和輸出軸之間的扭矩。那里主要有兩種類型的MR離合器的結構：圓柱和平面的。在圓柱模型MR流體兩圓柱面和正面的MR流體填補差距大概兩張光盤的距離。在工作期間由線圈產生的磁場讓流體的粘度增加，造成的轉矩形式轉移輸入到輸

27、出軸。有用的扭矩是經過從刺激2-3毫秒。</p><p>　　磁流變阻尼器的半有源器件包含磁流變液。磁場應用后從液態(tài)到半固態(tài)的流體的變化是幾毫秒，這樣的結果是無級變速，可控大阻尼力的阻尼能力。磁流變阻尼器提供了一個機械系統(tǒng)中的能量吸收吸引力的解決方案和結構，并可以被認為是“故障-安全”的設備。</p><p><b>　　4. 4 結論</b></p>

28、<p>　　科學和技術在21世紀將依賴新材料的發(fā)展以及在預期回應環(huán)境的變化和體現(xiàn)自己的功能根據(jù)最佳的條件。</p><p>　　智能材料的發(fā)展無疑將是在許多領域的科學和技術，比如基本任務信息科學，微電子技術，計算機科學，醫(yī)學治療，生命科學，能源，交通運輸，安全工程和軍事技術。</p><p>　　因此在未來的材料的開發(fā)中，應使導演朝著創(chuàng)建功能亢進材料在某些方面甚至超過生物器官。目

29、前的材料研究開發(fā)各種途徑，這將導致現(xiàn)代技術向智能系統(tǒng)。</p><p>　　這些液體能可逆地從一個瞬間改變自由流動的液體，半固體狀的，可控的屈服強度下暴露于磁場之中。</p><p>　　在外加磁場的情況下，MR流體是合理近似牛頓流體。對于大多數(shù)工程應用程序，一個簡單的賓漢塑性模型是有效的描述必不可少的，現(xiàn)場取決于流體的特性。</p><p>　　MR技術已經走出實

30、驗室，進入可行的商業(yè)應用程序為不同的頻譜的產品。應用范圍包括汽車主要懸浮液，</p><p>　　卡車座椅系統(tǒng)，的設備， 氣動控制，減震和人類假肢。</p><p>　　MR 相反，常規(guī)的電氣-機械-解決方案，MR技術提供了：</p><p>　　﹒實時，連續(xù)可變控制</p><p><b>　　﹒阻尼</b></

31、p><p><b>　　﹒運動和位置控制</b></p><p><b>　　﹒鎖定</b></p><p><b>　　﹒觸覺反饋</b></p><p><b>　　﹒高耗散力的速度</b></p><p><b>　　﹒

32、更大的能量密度</b></p><p>　　﹒簡單的設計（很少或根本沒有移動部件）</p><p>　　﹒快速響應時間（10毫秒）</p><p>　　﹒在極端的溫度變化一致的療效（140℃至130℃范圍）</p><p>　　﹒使用最小的功率（通常為12V，最大1安培的電流;故障安全備用電池，后者可能無法安全到被動阻尼模式）&l

33、t;/p><p>　　﹒系統(tǒng)固有的穩(wěn)定性（產生沒有現(xiàn)役部隊）</p><p>　　﹒磁流變液的操作可以直接從低電壓電源用品。 MR技術可以提供靈活，可靠的控制在設計的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] A. awniczak, Electro- and Magnetorheolo

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