磁流变液屈服应力的管道流测试方法研究.pdfVIP

第 13 卷　第 2 期 实　验　力　学 V o l. 13, N o. 2 1998 年 6 月 JOU RNAL O F EXPER IM EN TAL M ECHAN ICS Jun. 1998 　 磁流变液屈服应力的管道流 测试方法研究 金　昀　唐新鲁　王晓杰　张培强　陈祖耀 ( 中国科学技术大学, 合肥 , 230026) 摘要　设计加工了一套磁流变液测试设备, 并对由不同组分的铁粉硅油组成的 磁流变液进行了一系列的实验测试, 结果表明: 用钴纳米粒子修饰铁粉可以提高此种 磁流变液的屈服应力, 而用醋酸处理铁粉会严重减弱其屈服应力。 关键词　磁流变液, 屈服应力 1　引言 　　磁流变液 ( ) 是微米尺寸的磁极化颗粒混合于油或水中的悬浮 M agneto rheo logical F lu ids 液, 它在无外场情况下表现为可流动的液体状态, 然而在强磁场下, 其流变性质发生急剧变化, 表现出类似固体的力学性质, 其强度由屈服应力来表征, 是外场的函数。更重要的是, 这种变化 在毫秒内完成, 而且去除外场后这种材料又恢复其流动性。磁流变液的这种机—电耦合性质在 离合器、减振器、航天航空材料方面具有广阔的应用前景[ 1- 3 ]。 磁流变液的屈服应力, 表征着这种材料的固化强度的大小, 是这种材料的主要参数。然而 现在国际上对磁流变液屈服应力的研究比较缺乏系统性, 其中很重要的一个原因就是屈服应 [ 4 ] 力测试实验设备的缺乏大大阻碍了对此的研究 。本文首先设计加工了一套磁流变液屈服应 力的测试设备, 然后利用此实验设备对几组不同成份的铁粉硅油进行了测试。 2　理论基础 　　一般认为磁流变液受剪切时遵循以下应力——应变关系: 当应变很小时, 磁流变液还未达 到屈服状态。当应变率恒定时, 剪应变超过一临界应变后, 磁流变液将达到一稳态响应, 此时剪 应力不再依赖于剪应变而只是应变率和磁感应强度的函数, 一般用宾汉(B ingham ) 模型来描 述此时后屈服阶段的应力——应变关系 = ( ) + ( 1) y B 0 本文于 1997 年 7 月 9 日收到第1 次稿, 1998 年 4 月 2 日收到修改稿 　 国家自然科学基金和中科院回国留学人员择优支持资助项目 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 　第 2 期　　　　　　　　金　昀等: 磁流变液屈服应力的管道流测试方法研究　　　　　　　　　　 169 其中 为磁流变液的粘性系数, 为剪切应变率, ( ) 被定义成磁流变液的动态屈服应力, 随 y B 0 外场磁感应强度B 0 的增加而增加。实验中发现, 当磁流变液中磁性颗粒未达到完全饱和前时, y ( ) 可以写成磁感应强度的幂函数形式[ 5 ] B 0 ( ) = ×B n (2)