【摘要】：磁流變液是由微米級(jí)的或納米級(jí)的磁性顆粒均勻分散在基液中而形成的懸浮狀液體,其主要成分為磁性顆粒、載液以及各種添加劑。在外加磁場的作用下,可在瞬間(毫秒級(jí))迅速從流動(dòng)的液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞腆w狀態(tài),且在撤去磁場后能夠再次恢復(fù)流動(dòng)狀態(tài)。磁流變液的這種流變特性可以被用來設(shè)計(jì)磁流變阻尼器。磁流變液作為一種新型的智能材料,其智能可調(diào)的特性使磁流變阻尼器具有阻尼出力大、能耗少、實(shí)時(shí)控制、精度高等優(yōu)點(diǎn),從而具有良好的減震效果。因此磁流變液的性能優(yōu)劣將直接影響到磁流變阻尼器能否正常發(fā)揮作用。為使磁流變阻尼器達(dá)到上述優(yōu)點(diǎn),磁流變液應(yīng)具有穩(wěn)定性好、不易團(tuán)聚、零場粘度低、剪切屈服應(yīng)力高等特點(diǎn)。目前,國內(nèi)外的科研人員對(duì)磁流變液進(jìn)行了很多研究,也取得了一定的成果,但制備高性能磁流變液、建立描述磁流變液磁流變行為的微觀模型、設(shè)計(jì)剪切屈服應(yīng)力測試裝置等方面仍然有一些問題亟待解決,磁流變液的研究工作仍需進(jìn)一步開展與深入。本文采用試驗(yàn)與理論結(jié)合、宏觀與微觀并舉的研究方法,從磁流變液的基本性能出發(fā),研究了磁流變液的制備方法、流變特性和力學(xué)行為,配制了高穩(wěn)定性的磁流變液,提出了加入碳包覆顆粒的磁流變液初始傾斜鏈?zhǔn)侥Ｐ?完善并發(fā)展了磁流變液剪切屈服應(yīng)力一體化測試裝置。本文涉及到鐵磁力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域,并通過試驗(yàn)觀察和理論分析,得到了一些具有一定參考價(jià)值的結(jié)論。本文的研究工作主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1)制備了多壁碳納米管包覆磁性顆粒,研究各項(xiàng)材料的用量以及制備過程,優(yōu)選出具有最佳包覆效果的復(fù)合磁性顆粒；2)將制備的多壁碳納米管包覆磁性顆粒與課題組先期研制的表面活性劑改性磁性顆粒相結(jié)合,并通過采用不同的體積分?jǐn)?shù)與加入不同量的添加劑,研制了不同配比的磁流變液；3)對(duì)所研制的磁流變液進(jìn)行穩(wěn)定性、零場粘度以及剪切屈服應(yīng)力測試,研究了兩種復(fù)合磁性顆粒的用量比例、磁性顆粒體積分?jǐn)?shù)、添加劑用量對(duì)磁流變液性能的影響,得到了各項(xiàng)指標(biāo)均良好的磁流變液,并驗(yàn)證了多壁碳納米管包覆磁性顆粒的加入對(duì)提高磁流變液穩(wěn)定性的有益作用；4)基于磁流變液的工作模式改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種平行碟片式磁流變液剪切屈服應(yīng)力一體化測試裝置,通過對(duì)裝置材料、構(gòu)造、傳感器以及數(shù)據(jù)采集的研究,發(fā)展了磁場均勻、使用方便的一體化測試裝置；5)根據(jù)磁流變液的成鏈規(guī)律與鏈化機(jī)理,基于偶極子理論,推導(dǎo)了加入碳包覆顆粒的磁流變液初始傾斜鏈?zhǔn)侥Ｐ?從微觀層面分析磁感應(yīng)強(qiáng)度、體積分?jǐn)?shù)等因素對(duì)剪切屈服應(yīng)力的影響,并將該模型的理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了加入碳包覆顆粒的磁流變液初始傾斜鏈?zhǔn)侥Ｐ偷恼_性。本文的創(chuàng)新之處在于：1)制備了多壁碳納米管包覆磁性顆粒,并將其與表面活性劑改性磁性顆粒一起作為混合磁性顆粒來研制磁流變液,測試結(jié)果表明多壁碳納米管包覆磁性顆粒的加入能夠提高磁流變液的穩(wěn)定性,同時(shí)得到了兩種磁性顆粒的用量比例對(duì)磁流變液沉降率、零場粘度的影響：2)完善并發(fā)展了一種平行碟片式磁流變液剪切屈服應(yīng)力一體化測試裝置;3)提出了加入碳包覆顆粒的磁流變液初始傾斜鏈?zhǔn)侥Ｐ?并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
[Abstract]:The magneto-rheological fluid is a suspended liquid formed by uniformly dispersing the magnetic particles of the micron or nanometer level in the base liquid, the main components of which are magnetic particles, a carrier liquid and various additives. Under the effect of the applied magnetic field, the flow state can be rapidly changed from the flowing liquid state at the instant (millisecond level), and the flow state can be recovered again after the magnetic field is removed. Such rheological properties of the magnetorheological fluid can be used to design the magnetorheological damper. As a new type of intelligent material, the magnetorheological fluid has the advantages of large damping output, less energy consumption, real-time control, high precision and the like, and has good damping effect. Therefore, the performance of the magneto-rheological fluid will directly affect the ability of the MR damper to function normally. In order to make the magneto-rheological damper achieve the above-mentioned advantages, the magnetorheological fluid should have the characteristics of good stability, difficult agglomeration, low zero field viscosity, high shear yield stress and the like. At present, the researchers at home and abroad have made a lot of research on the magneto-rheological fluid, and some results have been obtained, but the high-performance magneto-rheological fluid is prepared, and the micro-model for describing the magneto-rheological behavior of the magneto-rheological fluid is established. There are still some problems to be solved in the design of shear yield stress testing device, and the research work of the magneto-rheological fluid still needs to be carried out further and in-depth. In this paper, the method of preparation, rheological and mechanical behavior of the magneto-rheological fluid is studied from the basic properties of the magneto-rheological fluid by means of the combination of the test and the theory, the macroscopic and the micro-micro-simultaneous methods, and the magnetorheological fluid with high stability is prepared by the method, the rheological property and the mechanical behavior of the magnetorheological fluid, The initial inclined chain model of the magneto-rheological fluid with carbon-coated particles is put forward, and the integrated testing device for shear yield stress of the magneto-rheological fluid is developed and developed. This paper deals with the fields of ferromechanics, fluid mechanics, electromagnetics, material chemistry and so on, and has obtained some conclusions with certain reference value through experimental observation and theoretical analysis. The research work in this paper is mainly characterized by the following aspects:1) The preparation of multi-wall carbon nano-tube coated magnetic particles, the study of the dosage of each material and the preparation process, preferably the composite magnetic particle with the best coating effect; 2) the prepared multi-wall carbon nano-tube coated magnetic particles are combined with the surface active agent modified magnetic particles developed by the research group in advance, and the magnetorheological fluid with different proportions is prepared by adopting different volume fractions and adding different amounts of additives; 3) The stability, zero-field viscosity and shear yield stress of the developed magnetorheological fluid are tested, the influence of the dosage ratio of the two composite magnetic particles, the volume fraction of the magnetic particle and the dosage of the additive on the performance of the magneto-rheological fluid is studied, and the magneto-rheological fluid with good indexes is obtained, and 4) designing a parallel disk type magnetorheological fluid shear yield stress integrated test device based on the working mode improvement of the magnetorheological fluid, The research on the sensor and the data acquisition has developed an integrated test device with uniform magnetic field and convenient use, and 5) based on the chain-forming rule and the chain-forming mechanism of the magneto-rheological fluid, based on the dipole theory, the initial inclined chain model of the magneto-rheological fluid added with the carbon-coated particles is deduced, The influence of the magnetic induction intensity and volume fraction on the shear yield stress is analyzed from the micro-level, and the theoretical analysis results of the model are compared with the test results, and the correctness of the initial inclined chain model of the magneto-rheological fluid to which the carbon-coated particles are added is verified. The innovation of the invention is that:1) multi-wall carbon nano-tube-coated magnetic particles are prepared, and the magnetic rheological fluid is developed together with the surfactant-modified magnetic particles as mixed magnetic particles, The test results show that the addition of the multi-wall carbon nanotube coated magnetic particles can improve the stability of the magneto-rheological fluid, and at the same time, the influence of the dosage ratio of the two magnetic particles on the settlement rate and the zero-field viscosity of the magneto-rheological fluid is obtained. 2) Perfect and develop a parallel disk type magneto-rheological fluid shear yield stress integrated test device;3) put forward the initial inclined chain model of the magneto-rheological fluid to which the carbon-coated particles are added, and compare it with the test results.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB381;TB302

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本文編號(hào)：2446343