淺談磁流變液的應(yīng)用

王國(guó)寧+王善軍+王海鵬

摘要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，磁流變液在制造、固化機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析等方面都取得了豐碩的研究成果，這直接導(dǎo)致近幾年磁流變液在工程中的廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹磁流變液技術(shù)應(yīng)用的方向及可能應(yīng)用的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：磁流變液；應(yīng)用

磁流變液是由量級(jí)的鐵磁性顆粒分散在低粘度的油或水中。同時(shí)加入添加劑，提高混合物的穩(wěn)定性、抗腐蝕性、潤(rùn)滑、抗氧化、pH值、色素、鹽度以及降低酸度。顆粒在外加磁場(chǎng)的作用下被磁化，磁化后的顆粒相互作用聚集成鏈或柱狀有序結(jié)構(gòu)，在宏觀看來(lái)，即是由自由流動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)，發(fā)生了相變；而一旦磁場(chǎng)撤去，磁流變液又恢復(fù)為自由流動(dòng)狀態(tài)。

在上個(gè)世紀(jì)九十年代，磁流變液在制造、固化機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析等方面都取得了豐碩的研究成果。使人們對(duì)磁流變液的認(rèn)識(shí)更加深入，這也直接導(dǎo)致近幾年磁流變液在工程中的廣泛應(yīng)用。

Lord公司以專業(yè)生產(chǎn)磁流變液和開(kāi)發(fā)磁流變液商用器件而著稱，同時(shí)它也成立了自己的磁流變液研究小組。在磁流變液的制備方面他們解決了許多技術(shù)問(wèn)題，如沉降、長(zhǎng)效性等。Lord公司的產(chǎn)品已被作為實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。Lord公司目前已申請(qǐng)了幾十項(xiàng)關(guān)于電磁流變液器件方面的專利。Ford汽車公司的磁流變液小組長(zhǎng)期從事磁流變液的機(jī)理及應(yīng)用研究。為磁流變液性能的提高以及在汽車上的應(yīng)用作出了貢獻(xiàn)。

磁流變液在汽車工業(yè)、機(jī)器人工業(yè)、高層建筑和橋梁等相關(guān)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力，這已成為廣大科技人員的共識(shí)。在日本，一個(gè)大型博物館的建筑中利用磁流變液阻尼器來(lái)減輕地震對(duì)其破壞；在中國(guó)洞庭湖大橋上已應(yīng)用磁流變阻尼器進(jìn)行斜拉索的減振。另外全球著名的汽車零部件生產(chǎn)商Delphi公司生產(chǎn)的磁流變懸掛裝置已經(jīng)應(yīng)用在Cadillac豪華轎車上；以生產(chǎn)賽車的防沖擊減震器而著稱的Carrera公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出第二代磁流變減震器。Lord公司最近開(kāi)發(fā)出在2A電流下能產(chǎn)生180KN阻尼力的阻尼器，使得磁流變液在建筑、橋梁中用于抗擊地震成為可能。

磁流變液除了可應(yīng)用在減振、振動(dòng)控制、降噪等領(lǐng)域外，還可以用于假肢、拋光、洗衣機(jī)、閥等。另外兩個(gè)比較有趣的應(yīng)用包括：在癌癥治療中應(yīng)用磁流變液，這本質(zhì)上是磁流變閥的應(yīng)用，使腫瘤因?yàn)榈貌坏窖憾Ｖ股L(zhǎng)；聲波在磁流變液中傳播有兩種模態(tài)而且可由磁場(chǎng)控制，因而在聲學(xué)中也可以得到應(yīng)用。

磁流變液已經(jīng)開(kāi)始受到美國(guó)軍方的關(guān)注。美國(guó)Army Tank and Armaments Command（TACOM）正在研制能由計(jì)算機(jī)控制的磁流變懸掛系統(tǒng)來(lái)更新當(dāng)前的悍馬（Hummer）戰(zhàn)車。美國(guó)Systems and Planning Analysis，Inc（SPA）正在為阿帕奇AH-64直升機(jī)的機(jī)關(guān)炮（Chain gun）研發(fā)半主動(dòng)控制的磁流變反沖阻尼系統(tǒng)。該研究受到美國(guó)Army Research Laboratory（ARL）的資助。MIT的Gareth McKinley教授正在使用磁流變液研制瞬時(shí)盔甲（instant armor）。正如最新的《黑客帝國(guó)》影片所展示的那樣，當(dāng)危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)，這種盔甲立刻會(huì)變成一面堅(jiān)不可摧的盾牌。該項(xiàng)目受到美國(guó)軍方的Army Research Office資助。SatCon Technology Corporation研制出了基于磁流變液的連續(xù)可變傳動(dòng)裝置（Magnetorheological Fluid-Based Continuously Variable Transmission）。此項(xiàng)工作也受到美國(guó)Army Research Office（ARL）的巨額資助。