磁流變液及其在工程中的應(yīng)用探討

劉偉軍

（杭州中德門(mén)窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液及其在工程中的應(yīng)用探討

劉偉軍

（杭州中德門(mén)窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液屬可控流體，簡(jiǎn)稱(chēng)MR流體，它是一種性能獨(dú)特的智能材料，在近幾年的相關(guān)研究領(lǐng)域中較為熱門(mén)。磁流變液是由非導(dǎo)磁性液體和低磁滯性、高磁導(dǎo)率的微小軟磁顆?；旌隙傻膽腋◇w。本文簡(jiǎn)單介紹了磁流變技術(shù)的發(fā)展、磁流變技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特征，對(duì)磁流變技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，對(duì)磁流變技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

磁流變液；工程；應(yīng)用

近年來(lái)，磁流變技術(shù)在工業(yè)界和國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者中引起廣泛關(guān)注，已成為當(dāng)前智能材料領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方向。磁流變液是一種新型流體，它具備高效率、變化迅速、連續(xù)、安全可靠等特點(diǎn)，并且因其具備特殊的磁流變效應(yīng)而被廣泛關(guān)注。作為一種新型的智能材料，磁流變液被認(rèn)為在汽車(chē)制造、醫(yī)療行業(yè)、建筑行業(yè)都擁有極高的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)展?jié)摿薮?。近幾年，英、法、美、日等?guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家均加大了對(duì)磁流變液的投入和研究，我國(guó)的相關(guān)研究工作也已經(jīng)起步。

1 磁流變技術(shù)

1.1 磁流變技術(shù)的概念

磁流變效應(yīng)是磁流變液的理論基礎(chǔ)，磁流變效應(yīng)指在外加磁場(chǎng)的作用下，流體能瞬間停止流動(dòng)變?yōu)楣虘B(tài)，當(dāng)去除磁場(chǎng)時(shí)，又能從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，整個(gè)過(guò)程可逆且具有可控性、穩(wěn)定性。磁流變液通常由磁性顆粒、穩(wěn)定劑和載液組成。磁流變液的整個(gè)過(guò)程用時(shí)極短，能耗極小，且具有剪切應(yīng)力大、適用范圍廣等特點(diǎn)，因而研究?jī)r(jià)值極大。

1.2 磁流變技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

磁流變效應(yīng)于1948年被發(fā)現(xiàn)，在隨后的幾十年里，由于人們把主要精力放在了電流變液的研究上，因此磁流變液發(fā)展緩慢。近二十年來(lái)，美國(guó)的Lord公司在磁流變液的研究上投入較大，并取得了可喜的成果，該公司先后公布了多種磁流變液的配方，并通過(guò)加入添加劑的措施對(duì)磁流變過(guò)程的各種參數(shù)予以控制。而美國(guó)的福特汽車(chē)公司，在磁流變性能的研究方面取得了較大進(jìn)展，該公司研究發(fā)現(xiàn)，體積膨脹是導(dǎo)致屈服應(yīng)力下降的原因，而磁流變液的激化機(jī)理不受溫度變化的影響。

1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)的磁流變技術(shù)研究起步較晚，20世紀(jì)90年代后期，相關(guān)研究工作才開(kāi)始進(jìn)行。目前，我國(guó)科學(xué)家在磁流變的機(jī)理、工程應(yīng)用、材料制作等發(fā)面都取得了一些進(jìn)展，但這些研究大都停留在科研機(jī)構(gòu)和高等院校中，因此相關(guān)應(yīng)用較少?？傮w來(lái)講，我國(guó)的磁流變液技術(shù)和國(guó)外相比，還有比較大的差距，相關(guān)研究工作亟待提高重視和加大投入。

2 磁流變液的優(yōu)勢(shì)特征

2.1 連續(xù)性好

磁流變液在外加磁場(chǎng)的作用下，其表面粘度會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，這一變化過(guò)程是無(wú)級(jí)且連續(xù)的，過(guò)程可控且具備非線性的特點(diǎn)，這些特征為磁流變液的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

2.2 工作溫度范圍大

因?yàn)榇帕髯円旱募せ瘷C(jī)理不受溫度變化的影響，所以在-40～200℃下，磁流變液均具有良好的穩(wěn)定性。

2.3 能耗低

磁流變液相比于電流變液的另一大優(yōu)勢(shì)是能耗低，磁流變體在實(shí)現(xiàn)液體和固體之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)吸收或者釋放大量能量。且整個(gè)過(guò)程耗時(shí)極短，可以滿足很多工程上的要求。

2.4 剪切屈服強(qiáng)度大

剪切屈服強(qiáng)度大是磁流變液相比于電流變液的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變液的剪切屈服度甚至可以達(dá)到50kPa以上，這大大提高了磁流變液的應(yīng)用價(jià)值。

2.5 可控性強(qiáng)

根據(jù)電磁感應(yīng)原理我們知道，磁場(chǎng)的強(qiáng)度由勵(lì)磁線圈電流的大小所決定，所以我們通過(guò)控制流過(guò)線圈的電流，便可控制相應(yīng)感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。磁流變液的這一特點(diǎn)使其更易于與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

3 磁流變技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用在汽車(chē)制造中

磁流變阻尼技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用廣泛，根據(jù)此原理制造的座椅減振系統(tǒng)和懸架減振器，大大提高了汽車(chē)舒適度和安全性。除此之外，磁流變阻尼技術(shù)還被應(yīng)用于汽車(chē)的制動(dòng)器和離合器上。

3.2 應(yīng)用在建筑領(lǐng)域

應(yīng)用磁流變液技術(shù)制造的阻尼器其阻尼力可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的相應(yīng)控制，因此在避免因振動(dòng)引起的高層建筑物重大災(zāi)害中，磁流變液技術(shù)發(fā)揮著極其重要的作用。

3.3 應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域，磁流變技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的實(shí)例就是將磁流變阻尼器應(yīng)用到假肢中。該應(yīng)用技術(shù)相對(duì)成熟，為智能假肢的產(chǎn)業(yè)化提供了基礎(chǔ)。除此之外，磁流變技術(shù)還可應(yīng)用于手腕功能恢復(fù)裝置和康復(fù)機(jī)上。

4 現(xiàn)階段磁流變技術(shù)存在的問(wèn)題

4.1 理論、技術(shù)有待完善

近年來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)磁流變技術(shù)的研究取得了較大進(jìn)展，但對(duì)磁流變的極化機(jī)理各界還有達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。磁流變液的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)還不能完全適用于磁流變液的各種條件和場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，也經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際性能大大偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況。目前，磁流變液還不能克服穩(wěn)定性不足和零場(chǎng)粘度高等技術(shù)瓶頸，磁流變液器件控制的精確和優(yōu)化還有待提高。

4.2 應(yīng)用范圍有待擴(kuò)大

磁流變液雖然發(fā)現(xiàn)較早，但對(duì)其深入研究卻是近幾年才開(kāi)展起來(lái)的，應(yīng)用的領(lǐng)域也十分少，目前主要應(yīng)用于工程減振系統(tǒng)，不過(guò)磁流變液的性能優(yōu)勢(shì)突出，相信隨著時(shí)間的推移和研究的加大，磁流變液的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣。

4.3 商業(yè)實(shí)用性有待提升

現(xiàn)階段，磁流變液技術(shù)還不夠完善，對(duì)其的研究也大多停留在試驗(yàn)階段，在國(guó)外，一些技術(shù)甚至還處于保密狀態(tài)，因此，實(shí)際投入應(yīng)用的磁流變液器件也相對(duì)較少，其產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還有一段較長(zhǎng)的路要走。

5 結(jié)語(yǔ)

作為一種新型的智能材料，磁流變液易于控制且性能優(yōu)越，雖然在一些技術(shù)環(huán)節(jié)和實(shí)際應(yīng)用中，有些難題還有待解決，但這并不影響磁流變液廣闊的應(yīng)用前景，特別是在工程機(jī)械領(lǐng)域，磁流變液必將發(fā)揮巨大的作用。近年來(lái)，隨著研究投入的加大，磁流變液在實(shí)際應(yīng)用方面進(jìn)展迅速，國(guó)外一些國(guó)家的相應(yīng)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著磁流變技術(shù)不斷得發(fā)展完善，相應(yīng)技術(shù)面難題得以解決，磁流變技術(shù)人們的日常生產(chǎn)生活中，必將發(fā)揮重要的作用。

[1]張秋禹，趙 雯.磁流變液及其應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2004，18（5）.

[2]姚金光，晏華.高性能磁流變液的研究進(jìn)展[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2009，24（2）.

[3]錢(qián)林方，李延成.磁流變技術(shù)及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[J].彈道學(xué)報(bào)，2006，38（6）.

[4]孟 光，汪建曉.磁流變也研究進(jìn)展[J].航空學(xué)報(bào)，2002，23（1）.

TB381

A

1004-7344（2016）25-0290-01

2016-8-15