磁流变技术
磁流变技术是一种主动减振控制的前沿技术,利用磁流变流体
在磁场作用下剪切屈服应力发生变化的特点,从而达到主动减
振控制的目的。
工作原理和模式
  • 磁流变效应
    在未施加磁场时,所有磁性颗粒均匀分散在载体液中,磁流变流体的流变特性近似牛顿流体,此时悬浮液的黏度近似为常数。当施以外加磁场时,颗粒被磁化而产生磁力,在磁场的作用下相互吸引,形成平行于外加磁场方向上的链状或柱状结构。在去除外加磁场后,磁链结构迅速崩塌而重新恢复至各向同性的牛顿流体状态。这种固化的磁链结构使磁场下的磁流变流体呈现出类似固体的力学特性,并突出表现为屈服行为。为使磁场下的磁流变流体发生流动,微观上需克服磁链结构中颗粒间的吸引力(即剪断或破坏磁链结构),宏观上表现为外加作用力需达到一个最小的剪切应力值——剪切屈服应力。
  • 技术特点
    • 磁场下的流体特性类似Bingham材料(剪切应力=粘度 x 剪切速率+屈服剪切应力)τ = τ(H) + ηγ
    • 屈服剪切应力大小由磁场控制,粘度不受磁场影响
    • 几乎瞬间响应(0.1~0.2ms),连续变量阻力调,控制范围宽
    • 机械结构简单,无明显磨损与沉淀
    • 能耗低,工作温度范围广
  • 常用工作模式
    1)在流动模式(阀门式)下,磁流变液位于两个相对静止的极板之间,由于装置中的压力差而使磁流变液流动,该压力差为由磁场引起的屈服应力分量和与磁场无关的粘性分量之和。

    2)在剪切模式下,磁流变液位于两个相对运动的极板之间产生剪切阻力,该阻力为由磁场引起的屈服力分量与粘性分量之和。
应用领域
  • 汽车减震(汽车电磁悬挂)
    电磁悬挂(Magnetic Ride Control)是利用磁流变流体的电磁反应的新型独立悬挂系统,可针对路面情况在1毫秒时间内作出反应,抑制振动,保持车身稳定,增加轮胎与地面的接触,减少轮胎反弹,控制车辆的重心转移和前倾后仰程度,还可在车辆急转弯或做闪躲动作时很好地控制车身摇摆。

    底盘减震系统

    电动车转向系统

    发动机减震

  • 建筑(海上平台减震)
    海上平台处于海洋环境极其复杂恶劣,不仅经常承受风、浪、流、海冰冲击,还受到地震等作用的威胁,平台柔度不断加强。海洋平台的振动控制技术可以有效地解决这一问题。应用磁流变阻尼器进行主动或半主动控制所需能量少,控制效果好,成为磁流变阻尼器非常有价值的应用方向。

    桥梁阻尼器

    房屋抗震

    海上平台减震

  • 航空军工(飞机起落架)

    磁流变技术在飞机起落架中的应用主要体现在减震和限位系统方面,以提高飞机起落过程中的稳定性、安全性和乘客舒适度。磁流变阻尼器可以根据实时的工况条件调节其阻尼特性。在飞机起落过程中,磁流变阻尼器可以根据起落架所受的力和振动情况实时调整阻尼力,以提供更好的减震效果。这有助于降低起落架在地面着陆和起飞时的震动和冲击,增加乘客和货物的安全性和舒适度。磁流变限位器可以在飞机起落架运动过程中提供准确的限位控制。通过改变磁场强度,磁流变限位器可以实现快速而精确的伸缩控制,确保起落架在正确的位置停止。这有助于防止起落架超出设计范围,保护机身和地面设施的完整性。

    直升机主轴减震

    垂直起降飞机起落架

    大飞机客舱平台减震

  • 医疗(假肢)
    磁流变假肢通过利用磁流变材料的特性,能够根据用户的意愿和运动信号进行实时调节,模拟人体的自然运动。磁流变假肢的工作原理是通过将磁流变液体集成到假肢的关节和活动部分。当外加磁场作用于磁流变液体时,液体的粘度会发生可逆改变,从而实现对假肢的控制和调节。通过改变磁场的强度和方向,可以精确地控制关节的运动范围、速度和阻尼,使假肢能够更好地适应用户的运动需求。


    假肢

    远程手术传感器

    担架

    轮椅

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