电流变液在两平行电极板间流动行为的实验研究.PDFVIP

第 28 卷 第 5 期 V o l. 28, N o. 5 1996 年 9 月 A CTA M ECHAN ICA S IN ICA Sep t, 1996 电流变液在两平行电极板间 流动行为的实验研究 唐新鲁　 吴　 烽 　 张培强 　 伍小平 ( 中国科学技术大学力学和机械工程系, 合肥 230026) 摘要　通过实验的方法研究了电流变液流经两间距为11 mm 的平行电极板的流动行为, 实验所观测到的由于电流变液在电场作用下非均匀固化所引起的固相颗粒淤积与饱和过 程、河道分岔和失稳等现象, 对现有的有关电流变阀均匀流动模型提出了质疑, 这为进一 步深入理解电流变液的力学行为, 建立新的理论模型提供了实验依据 关键词　电流变液, 电流变阀, 流场分岔与失稳, 结构演化 引 　 言 电流变液(E lectro rheo logical F lu ids) 是一种流变学特性可受电场调制的新型智能材料 [ 1 ] 电流变液的研究始于本世纪40年代美国科学家W in slow 的开创性工作 80年代, 由于材 料科学的迅速发展, 电流变液在材料制备方面取得了一系列的突破性进展, 加上响应时间 短 (一般在m s 量级) 结构简单, 能耗低, 减噪等常规器件无法比拟的优点[ 2, 3 ] , 电流变液 器件日益显示出广阔的应用前景 目前已有数以百计的关于电流变液在汽车工业、液压控 制、机器人控制、减振防噪、机械加工等方面的应用专利电流变液形成机理的基础理论研 究, 近十年来日益受到各国科学家的重视有关综述性的文献请参阅 [1～ 3 ] ( ) ( ) 电流变液是由在电场作用下极化性能高的固体颗粒 m 量级 分散于绝缘母液 油 [ 3 ] 中的悬浮液组成实验表明 没有电场作用的状态下, 电流变液符合牛顿流体的本构关系并 具有较低粘度, 而当它处于电场作用下时, 其中的固体颗粒因极化而相互作用, 形成平行 于电场的链状结构, 进而演化成更为宏观的柱状结构, 从而阻止了原有的流动性, 表现为 一种具有一定屈服应力的类似于固体的本构状态 目前国际上普遍采用宾汉 (B ingham ) 塑 性模型来描述电流变液在稳态条件下的流变学本构关系 = + 0 其中 0 的大小决定着电流变液的固化强度, 在电流变液应用中起着关键作用 将电流变液用泵驱动流过无相对运动的两个平行设置的电极板, 即构成了电流变阀由 于阀两端的压力差和流量皆为电场强度的函数, 即其流阻受电场控制, 电流变阀在机械控 制、阻尼减振等方面具有广阔的应用前景 目前关于电流变阀的理论研究模型主要是应用连 续介质力学的概念方法和上述的宾汉本构关系, 假