磁流变胶泥流变学特性测试装置研究

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磁流变材料作为一种智能材料,因其可控性好,剪切屈服应力大等特点而受到广泛研究和应用。随着工程应用的深入,对其沉降稳定性、温度稳定性、可控范围等同时达到预期高性能值的需求越来越强烈,而对同时具有这些特点的磁流变胶泥(MRG)进行研发、制备及测试具有积极意义。鉴于一般商业流变仪受液态磁流变材料在高速下会离心甩出等限制,其流变学特性测试被限制在低剪切率下,本文设计了具有上下缓冲腔的同轴圆筒结构,研究了能测试高剪切率下液态磁流变材料流变学特性的装置。此外,基于磁流变胶泥微观动力学研究较少的现状,建立了磁流变胶泥微观动力学模型以指导高性能磁流变胶泥的设计、制备和应用。上述两方面的工作能更好地丰富磁流变胶泥流变学特性研究,具体工作如下:  ①由于磁流变胶泥的微观机理尚不明确,本文建立一个磁流变胶泥磁致流变学行为微观动力学模型来分析剪切应力与质量分数、颗粒粒径、弹性胶泥黏度之间的关系。基于此,制备了9种磁流变胶泥,并使用安东帕流变仪对磁流变胶泥的流变学特性进行测试以验证模型,为高性能磁流变胶泥的设计、制备提供指导。  ②进行磁流变胶泥流变学特性测试装置(MRG测试装置)理论设计。通过磁学等知识对磁路进行理论分析,采用ANSYS软件进行仿真及优化,从而实现磁通量大且漏磁和磁芯材料少的最优设计。根据磁流变胶泥等液态磁流变材料在高剪切率下易受离心力等因素影响而测量失效的情况,结合剪切流动模式及相关理论,设计了同轴圆筒的测试腔结构(测试间隙为0.2mm),且为消除平面干涉及离心等因素的干扰设计了上下缓冲腔结构。该装置还能实现液态磁流变材料的测试。  ③对MRG测试装置进行设计、加工、组装和调试。首先分析并解决机械结构设计中同轴度、密封、定位等主要难题;其次对扭矩传感器、数据采集卡、伺服电机等硬件进行选型以实现理论参数与选购设备参数的匹配,从而确定最佳参数;然后根据最终尺寸完善机械结构的整体设计、加工与组装;最后结合整体要求,进行上位机界面编程设计,开展各模块联合调试、校准和标定。  ④采用MRG测试装置测试磁流变胶泥在高、低剪切率下的剪切应力,并将低剪切率下的测试数据与安东帕流变仪测试数据进行比较,两者吻合度较高,表明本文设计MRG测试装置低剪切率下性能良好,进而说明MRG测试装置高剪切率下的测试结果具有一定的参考性。
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