高性能磁流变液及应用技术研究

     磁流变液(Magnetorheological fluid)是一种由铁磁性悬浮相、悬浮介质和添加剂组成的分散体材料,在外磁场作用下其流变性能发生明显变化并可实现连续精确的控制,是一种理想的智能流体材料,可作为计算机控制和机械执行机构的连接纽带和动力传输媒介。用磁流变液取代传统阻尼器中的液压油并辅以电磁装置构成磁流变阻尼器,其刚度变化连续可调,可实现半主动和主动减振(震)控制。
    本项目面向重要领域工程应用,开展并完成了高性能磁流变液制备技术、磁流变液性能评价及影响因素、磁流变液应用技术研究工作。通过悬浮相及表面改性技术、添加剂技术、摩擦学特性、场控流变学特性、磁流变阻尼器设计与制造等关键技术研究,较好的解决了磁流变液和阻尼器的功能特性、稳定性和耐久性问题。
    主要技术指标如下:
    (1)磁流变液:零场粘度η0≤1.5Pa.s; 剪切应力τ≥ 60kPa(B=0.5T);温度范围:-40~150℃;抗沉降团聚稳定性为三个月静置分层不大于20%且无板结发生,易重新分散;抗磨损性能:经5×106次振动后,无明显稠化和性能变化。
    (2)磁流变液阻尼器:按照正常服役工况,磁流变阻尼器件连续运行500万次,不发生技术故障,输出特性最大衰减小于25%;阻尼器静置三个月后,按照正常励磁与速度激励,运行3~5次循环,恢复正常的可控输出特性;按照机车服役工况激励速度条件,励磁电流上升和下降响应时间均不大于25毫秒。
    本研究带动了以下技术的发展:
    (1)磁流变智能减振技术在航空航天、兵器装备、轨道交通、汽车等重要领域工程应用研究。
    (2)复杂精密光学器件的磁流变智能抛光技术研究。
    (3)电磁流变效应产生的鲁棒性及机理研究已成为凝聚态物理学、控制学、工程力学等高度关注的内容。
    (4)基于磁流变效应的可控摩擦学研究已悄然兴起。
    本研究成果已用于清华大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、中国工程物理研究院等多所院校和重点研究机构的相关研究,取得理想效果。
    本项目申请发明专利8项,已获授权6项。在重要学刊和国际会议发表学术论文18篇。培养了博士研究生1名,硕士研究生9名, 建立了具国内领先水平的磁流变技术的材料研究、性能评价、器件研究、工程应用研究的专门人才队伍。