磁场有限元分析步骤.docVIP

1 绪论 1.1磁流变液概述 WinsfowW.M.发明电流变材料。第二年，美国学者Rabinow，J.[]发明了磁流变材料应用装置(离合器)就出现了。然而在随后的研究中，人们首先对电流变材料及其应用的研究给予了极大关注，各种不同母液和悬浮微粒的电流变材料和一些电流变器件[2,3]相继研究成功。在这个时期，磁流变技术一直处于停滞不前的状态，很少引起人们对此领域的关注，直到上世纪九十年代，研究人员发现电流变材料屈服应力较低，且存在高压安全性问题等一系列难以解决技术问题，所以磁流变液又重新引起了研究者们的兴趣。 磁流变液(Magnetorheological fluid，即MRF5-50μm，所占体积比为15%30%。稳Phule[4]利用中等尺寸炭基铁或镍锌铁氧体的颗粒、极性有机载液与纳米级胶体和其他添加剂制备了相对稳定、易于再分散且力学性能优异的作了适当改进。它具有非常好的沉淀稳定性，在中等磁场(0.2T)作用下，屈服应力可达4kPa。 MRF在压MRF的平均流速，从而控制MRF的流量，这种工作模式可称为MRF的流动模式。其物理模型如图1.1所示。此种模式下的阻尼液厚度很小，一般在0.02英寸以下。该模式常可用于伺服控制阀，阻尼器和减振器等。 (2)剪切模式 此模式阻尼液的厚度在0.005—0.015英寸之间。如图1.2所示，只有一个磁极固定，另一个磁极作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场，同样磁场方向垂直于磁流变流体流动，适合于磁极运动的使用场合。这种模式可用于离合器、制动器、锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。 图1.1 流动模式 图1.2 剪切模式 图 混合模式 MRF在MRF在这两者的综合作用下的工作模式叫混合模式。磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压和剪切作用。磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大，可应用于低速小位移(一般少于lmm 美国的Lord公司不仅研究磁流变液成分及特性，还研究它的工程应用。Lord公司的Carlson等通过分析磁流变液的特性，指出其在屈服应力，使用温度范围，物理化学稳定性，能耗等方面均优于电流变液，从而开创了国际上磁流变液研究的新局面。他们特别强调磁流变液可用于汽车减振器，离合器和制动装置等，并开始磁流变液减振器的研制开发。图1.和图1.分别为Lord公司研制的制动器和RD-1005-3型磁流变阻尼器。 图1. Lord公司的制动器 图1. RD-1005-3 MR阻尼器 Lord公司、Ford汽车公司、Delphi公司、德国的BASF公司看到磁流变液的潜在的市场纷纷开展了磁流变材料的研究工作，并取得了可喜的进展。目前有商业化的磁流变体世，各国学者的这些研究工作使人们进一步了解磁流变材料的流变机理和宏观特性，为磁流变学的研究奠定了坚实的基础。 [5,6,7,]。国内较早从事这方面研究的单位有:复旦大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨建筑大学、西北工业大学、武汉工业大学、重庆大学和国家仪表功能材料工程研究中心。河北工业大学的李秀错[8]利用自制的铁/聚丙稀酸铿和三氧化二铁丙稀酸铿复合粒子作为悬浮相研制成功具备电流变效应和磁流变效应的复合流变材料。中国科技大学、哈尔滨工业大学和重庆大学在磁流变性能的检测方面取得了一些研究成果。国家仪表功能材料工程研究中心研制的磁流变体，其剪切屈服应力基本达到美国Lord公司的产品水平[9]。复旦大学、中国科技大学还对磁流变材料的流变机理进行了研究，提出了一些有参考价值的模型和理论分析方法[10,11]。西北工业大学从减小固相颗粒的密度角度出发，制备了一种轻质磁性材料，将之用于磁流变液中，产生磁流变效应，防止铁磁性微粒凝聚及沉淀。 1.2磁流变阻尼器概述 1.2.磁流变阻尼器的国内外研究现状[12,13]。虽然磁流变材料与电流变材料在振动控制过程中其功耗大致相同，但磁流变材料所要求的工作电压只有几伏到几十伏，从而可以避免电流变材料要求工作电压高达几千伏带来的不便，在相同的功耗条件下，磁流变材料的剪切屈服应力是电流变材料剪切屈服应力的20-50倍，这一特点使得最大输出相同的磁流变器件比电流变器件的体积小得多；磁流变材料对杂质影响不敏感，这使得磁流变器件比电流变器件具有更加优秀的性能，在结构振动控制、车辆工程中具有更广阔的应用前景。根据应用场合可以分为以下主要领域： (1)汽车制造行业：利用磁流变液可以成功地开发许多新型的汽车零部件，如可控阻尼的悬架减振器，提高汽车的安全性和舒适性；汽车风扇调速离合器，使发动机处于更理想的工作状态；汽车离合器和汽车制动器，提高传动效率。 (2)建筑结构领域：由