磁流變液技術在微流體慣性開關中應用的基礎研究.pdf

1、基于“彈簧—質量塊”系統(tǒng)的傳統(tǒng)慣性開關已被應用于諸多領域中，如:汽車安全氣囊系統(tǒng)、引信安全系統(tǒng)以及航天航空等。此類慣性開關電極接通方式為“固—固”接觸型，其存在接觸電阻大、易磨損以及接觸不穩(wěn)定等缺陷，將直接影響慣性開關的使用性能。針對“固—固”接觸型的缺點，將流體應用于慣性開關的研究中就應運而生了。磁流變液是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。這種懸浮液在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性;而在磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的B

2、ingham流體特性。基于此特性，磁流變液被廣泛的應用于阻尼器、減振器以及驅動器等。本文以磁流變液為工作流體，利用其阻尼力可控的特性來設計新型的微慣性開關;根據(jù)所設計結構建立新的磁流變液剪切理論模型，并通過模擬實驗來驗證模型的適用性，最終完善磁流變微慣性開關的研制。本文主要的研究工作包括:
　　（一）根據(jù)環(huán)境力以及閾值需要，對磁流變液微流體慣性開關進行結構設計。以磁流變液阻尼力為基礎，加入微液體通道元素進行結構設計;在理論方面，將

3、磁流變液的工作剪切模式精簡到一個剪切模式，并且通過控制外加磁場磁感應強度的分布將磁流變液的工作區(qū)域局限在一個特定的易建模的區(qū)域，此方法可為之后的開關模型計算提供方便。注意:磁流變液阻尼器以及其他已經(jīng)出現(xiàn)的利用流體粘性的微慣性開關用的流體剪切模式至少2種，計算區(qū)域也多是整個流道。
　?。ǘ├昧鲌霪B加方法推導出磁流變液平板剪切模式下新的阻尼力計算公式。從流體力學斯托克斯第二問題的基本公式出發(fā)，結合分析數(shù)學工具和數(shù)值計算軟件，采用流

4、場疊加的方法，分步先后推導平板剪切模式下多種邊界條件下移動板的阻尼力計算公式，邊界條件分別為:移動板以余弦規(guī)律運動且板間流體為牛頓流體和移動板在開關工況的環(huán)境力作用下且板間流體為牛頓流體，最終推導出磁流變液平板剪切模式下新的移動板所受阻尼力的計算公式。
　?。ㄈ┳源罱_擊實驗平臺，驗證基于平板剪切模式下新阻尼力計算公式的開關模型的適應性。基于新磁流變液微慣性開關結構和開關理論模型，通過放大器件尺寸來減小加工誤差，研制出模擬實驗器

5、件，結合重錘系統(tǒng)，自搭建沖擊實驗平臺。利用實驗數(shù)據(jù)來對比分析新建模型與傳統(tǒng)模型的優(yōu)劣以及各誤差源及其占比。實驗數(shù)據(jù)表明:本文新建模型誤差比傳統(tǒng)模型誤差要小。
　?。ㄋ模├肁NSOFT軟件模擬優(yōu)化模型，仿真模擬開關模型驗證實驗的實驗器件內磁流變液加磁方式的適用性，并確定適合開關模型驗證實驗的磁路設計方案。根據(jù)最終的磁路設計方案，利用分析數(shù)學的方法來研究用一個磁感應強度值來代替整個磁流變液工作區(qū)域內的磁感應強度的方法，并繪制實驗器件