一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置製造方法
2023-05-31 16:32:31
一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，包括數據採集裝置、用於提供待測磁流變液磁場的磁場發生裝置、盛液筒、剪切機構、應變測量裝置以及為磁場發生裝置和剪切機構供電的供電電源；其中，所述磁場發生裝置包括由工業純鐵圍合成的閉合結構和磁場測量裝置，閉合結構內放置有尼龍套筒和纏繞在尼龍套筒上的銅線圈，盛液筒置於尼龍套筒的內部；應變測量裝置包括導電滑環、應變片電橋和動態電阻應變儀，應變片電橋通過導電滑環與動態電阻應變儀連接，動態電阻應變儀將電壓信號傳輸給數據採集裝置；剪切機構包括步進電機以及由步進電機帶動轉動的剪切杆，剪切杆分為前端、中部和末端，應變片電橋粘貼在剪切杆中部。
【專利說明】一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置
【技術領域】
[0001] 本發明是涉及一種測量磁流變液在不同剪切轉速和不同磁場下的剪切屈服應力 的測量裝置。
【背景技術】
[0002] 磁流變液是一種具有良好發展前景和工程應用價值的新型智能材料，在外加磁場 的作用下，會在固體與液體之間發生毫秒級的可逆轉化，從而產生明顯的磁流變效應。磁流 變液的這種獨特的流變特性被廣泛應用於土木建築、機械、汽車、航空、精密加工以及醫療 等領域。磁流變阻尼器正是充分利用磁流變液的可調性和磁效應製作而成的，因此磁流變 液的力學特性直接影響著阻尼器的使用性能。剪切屈服應力是衡量磁流變液在磁場作用下 固化強度大小的指標，是磁流變液的主要力學性能參數，因此研製出能夠精準測量磁流變 液剪切屈服應力的實驗裝置對於評價磁流變液的力學性能顯得尤為重要。
[0003] 磁流變液剪切屈服應力的測試裝置目前存在以下兩類：1)管道流模型，該方法是 在磁場中形成管道流，通過測量兩端壓差和磁流變液的流速，從而得出磁流變液的剪切屈 服應力。管道流模式磁流變液測量設備在低磁場下測量結果較為準確，但是在較高磁場下 由於磁流變液顆粒磁化後在管道中滯留聚集，而母液（油）沿管道快速滲出，會造成管道 中磁流變液的濃度局部增大，導致測量結果明顯偏高，需要進行一定的修正。2)平板模型， 該方法是在磁場中通過平板間的剪切運動進行磁流變液屈服應力的測試。由於平板壁面光 滑，在強磁場作用下易產生壁面滑移效應，導致測量的扭矩更多來源於強磁場時半固體狀 的磁流變液與壁面的摩擦力，而不是磁流變液顆粒鏈的剪切屈服應力，測量結果誤差較大， 同時平板運動剪切面較大，測量時不易產生勻強磁場。因此一種能精準測量磁流變液剪切 屈服應力的測量裝置的開發顯得尤為重要。
【發明內容】
[0004] 發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠精確方便測量出不同剪切 轉速和不同磁場下磁流變液剪切屈服應力的裝置。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所採用的技術手段為：
[0006] 一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，包括數據採集裝置、用於提供 待測磁流變液磁場的磁場發生裝置、用於盛放待測磁流變液的盛液筒、剪切機構、應變測量 裝置以及為磁場發生裝置和剪切機構供電的供電電源；其中，所述磁場發生裝置包括由工 業純鐵圍合成的閉合結構和磁場測量裝置，所述閉合結構內放置有尼龍套筒和纏繞在所述 尼龍套筒上的銅線圈，所述盛液筒置於所述尼龍套筒的內部；所述應變測量裝置包括導電 滑環、應變片電橋和動態電阻應變儀，所述應變片電橋通過所述導電滑環與所述動態電阻 應變儀連接，所述動態電阻應變儀將電壓信號傳輸給所述數據採集裝置；所述剪切機構包 括步進電機以及由所述步進電機帶動轉動的剪切杆，所述剪切杆分為前端、中部和末端，所 述剪切杆前端為帶有剪切刀片的剪切碟片，所述剪切杆前端置於所述盛液筒內，所述剪切 杆中部為塑料杆，所述應變片電橋粘貼在所述剪切杆中部，所述剪切杆末端為內螺紋帽。
[0007] 進一步優選，所述應變片電橋與所述剪切杆的軸線呈±45°夾角。
[0008] 進一步優選，所述剪切碟片為工業純鐵剪切碟片，在磁場作用下，鐵剪切碟片與磁 流變液緊密結合，使剪切過程中的磁流變液與剪切碟片不出現壁面滑移現象。
[0009] 進一步優選，所述閉合結構的工業純鐵厚度為1cm。
[0010] 進一步優選，所述剪切杆中部為聚甲醛塑料杆，其在受到一定的扭矩作用時能夠 產生大的扭轉變形，便於位於聚甲醛塑料杆上的應變片電橋對扭矩進行測量，聚甲醛塑料 杆具有良好的機械、物理性能，尤其是疲勞強度、抗蠕變性很好，能提高測試裝置的精度。 [0011] 進一步優選，所述剪切杆末端為不鏽鋼內螺紋帽，內螺紋帽用於與步進電機通過 螺紋旋轉連接，不鏽鋼的抗剪強度較大，可以安全地與步進電機連接，不鏽鋼材質的內螺紋 帽能夠避免在剪切過程中發生破壞或滑移。
[0012] 該發明測量裝置的工作原理為：銅線圈纏繞於尼龍套筒上，銅線圈與供電電源連 通，通電後將產生豎直方向的均勻可調磁場，待測磁流變液放於盛液筒中，盛液筒置於尼龍 套筒的內部，以使待測磁流變液處於均勻可調的較強磁場中；供電電源給銅線圈和步進電 機通電，裝置內部產生均勻磁場，待測磁流變液在磁場作用下固化，步進電機工作，帶動與 其連接的剪切杆旋轉，剪切杆前端的剪切碟片與待測磁流變液發生相對運動，使得磁流變 液產生剪切變形，同時磁流變液反作用於剪切杆，使其受到一定的扭矩作用並發生扭轉變 形，粘貼在剪切杆中部上的（電阻）應變片電橋隨著杆軸的扭轉發生相應的拉伸或壓縮， 並將這種變化轉化為電阻變化，動態電阻應變儀通過應變片電橋將電阻變化轉換為電壓信 號，並將該電壓信號傳輸給數據採集裝置，數據採集裝置對該數據進行處理，最終輸出為該 剪切轉速下磁流變液的剪切屈服應力值。通過改變供電電源的輸入電流可以調節磁場發生 裝置內磁場的大小，並通過特斯拉計測量磁場的大小，通過改變供電電源的輸入電壓可以 調節步進電機的轉速，從而實現對磁流變液進行不同剪切轉速下磁流變液剪切屈服應力的 測量。動態電阻應變儀所採集的電壓信號與剪切杆扭矩的關係為式（1)所示：
[0013]
【權利要求】
1. 一種可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於：包括數據採集裝 置、用於提供待測磁流變液磁場的磁場發生裝置、用於盛放待測磁流變液的盛液筒、剪切機 構、應變測量裝置以及為磁場發生裝置和剪切機構供電的供電電源；其中，所述磁場發生裝 置包括由工業純鐵圍合成的閉合結構和磁場測量裝置，所述閉合結構內放置有尼龍套筒和 纏繞在所述尼龍套筒上的銅線圈，所述盛液筒置於所述尼龍套筒的內部；所述應變測量裝 置包括導電滑環、應變片電橋和動態電阻應變儀，所述應變片電橋通過所述導電滑環與所 述動態電阻應變儀連接，所述動態電阻應變儀將電壓信號傳輸給所述數據採集裝置；所述 剪切機構包括步進電機以及由所述步進電機帶動轉動的剪切杆，所述剪切杆分為前端、中 部和末端，所述剪切杆前端為帶有剪切刀片的剪切碟片，所述剪切杆前端置於所述盛液筒 內，所述剪切杆中部為塑料杆，所述應變片電橋粘貼在所述剪切杆中部，所述剪切杆末端為 內螺紋帽。
2. 根據權利要求1所述的可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於： 所述應變片電橋與所述剪切杆的軸線呈±45°夾角。
3. 根據權利要求1所述的可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於： 所述剪切碟片為工業純鐵剪切碟片。
4. 根據權利要求1所述的可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於： 所述閉合結構的工業純鐵厚度為lcm。
5. 根據權利要求1所述的可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於： 所述剪切杆中部為聚甲醛塑料杆。
6. 根據權利要求1所述的可調磁場下磁流變液剪切屈服應力實驗裝置，其特徵在於： 所述剪切杆末端為不鏽鋼內螺紋帽。
【文檔編號】G01N11/14GK104483239SQ201410855270
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】徐趙東, 郭迎慶, 陳兵兵, 何冬青, 徐萌, 吳敏東 申請人:東南大學