巨電流變體剪切強度測試裝置的製作方法

2023-05-06 02:30:41 2

專利名稱：巨電流變體剪切強度測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種剪切強度測試裝置，尤其涉及一種巨電流變體剪切強度測試
裝置
背景技術：
巨電流變體是由可極化的介電微粒分散於基液中形成的一種懸浮液，在電場的作用下其粘度、剪切強度、流變行為等可隨電場的變化瞬間發生可逆、可控轉變，當加載電場時，其粘度、剪切強度等性能瞬時發生變化，由易流動的低粘度流體變為不同黏度流體、難流動粘彈性體或不流動的高粘度固體。當電場撤去後，它又可以在毫秒時間或更小時間內恢復到它的初始狀態——流體狀態，而且所需能量很小，能從自身表層或外部獲取關於環境條件的變化信息，並進行判斷、處理和做出響應，適時改變自身結構與阻尼功能並使其很好地與外界協調，具有自適應智能調節功能。這種可逆、可控的連續變化特性，以及良好的電控行為，在國防裝備、交通工具、液壓設備、機械製造業、傳感器技術等領域具有廣泛的應用前景。自適應智能電流變體阻尼減振器集機械、智能傳感控制和智能材料結構等先進技術於一體，充分發揮巨電流變體的固有特性，通過在阻尼器等裝置上設置一個可調節的電壓發生調節裝置，通過改變電場的強度來調整電場中的電流變體的粘度，從而調節阻尼力，可極大簡化部件結構，使部件重量大幅減輕；可以製備出構造簡單、工藝易行的新型電流變體阻尼減振、隔振器。而且阻尼減振、隔振器靈敏度高、噪聲小、壽命長、成本低；可與計算機、傳感探測、智能控制等相結合根據器件的運動特性和服役環境狀態來瞬間匹配和調節電流變體的黏度，控制阻尼力、以最快的速度和最短的時間回復到平衡的狀態。巨電流變體減振器和隔振器主要利用充填在其中的巨電流變體，在電場作用下，表觀粘度的變化，阻尼特性顯著而迅速變化這一效應，使它們的阻尼力或阻尼係數可以無級調節，來達到阻尼可控的目的。同時巨電流變體阻尼器具有的響應快速，很容易達到毫秒級的水平；結構簡單；工作時，功耗小、無噪音等優點，是實現智能化振動控制的新一代高性能裝置。電流變效應是由於電場對於微粒的極化作用而產生的.在電場作用下，微粒的正負電荷分離，正電荷移向微粒最靠近負電極的一側，而負電荷則移向微粒最靠近正電荷的一側，微粒排列成鏈狀結構，從一個電極延伸到另一個電極，而在沒有形成微粒鏈的間隙處，微粒之間相互吸引而構成纖維狀排列。當鏈條受到剪切作用時，微粒被拉開，由於電荷仍在相互吸引，從而產生剪切應力。外加電場越高，這種電荷之間的吸引力越強，故剪切應力越大。然而一直以來電流變體的抗剪切強度較低，需要加載較高的外場電壓，穩定性不高，使其應用範圍受到很大限制，嚴重阻礙了巨電流變體的發展。2003年開發的巨電流變體，使其剪切強度超過IOOkPa,這一突破性進展向人們展示出巨電流變體的巨大應用價值，在國內外激發起從巨電流變體材料到巨電流變體阻尼器等結構研究的熱潮。儘管理論上巨電流變體有巨大的應用潛力，但實際應用不多。其主要原因在於目前幾乎所有的巨電流變體都無法同時滿足高的綜合力學性能、良好溫度和懸浮穩定性等的應用需求。針對阻尼設備等特殊需求的巨電流變體特性研究及其器件結構設計、以及按照器件特性需求的材料、結構、器件、控制一體化設計更為缺乏。巨電流變體的發現向人們展示出電流變體的巨大應用價值，在電流變體的應用方面，世界各國特別是發達國家均先後投入巨資開發了多種電流變體器件，一些西方國家的國防及工業部門投入數以億計的資金，進行電流變材料及其阻尼器件的研究。美國「聯邦科學工程和技術協調會」將電流變體的研究列為一個重要領域，美國能源部「關於電流變體研究需求估量的最終報告」中指出，「電流變體有潛力成為電氣一轉換中能源效率最高的一種，而且價格合理、結構緊湊、響應快速、經久耐用以及可變的動態範圍，這些特性是任何其它電氣一轉換方法都無法做到的」。現有電流變體剪切強度的測試方法有圓筒式和平板式兩種，旋轉粘度計，一般外筒固定，比較容易控制粘度測量時所需控制的溫度，但其一個最大的缺點是不能用於高轉速(或高剪切速率)下對低粘度流體的測試因為高速旋轉的內筒有可能使粘附在其上的液體產生巨大的離心力，而使測量所必須保證的層流狀態由於渦旋變為非層流狀態。，並最終形成湍流，使測量誤差巨大。同時，兩個圓筒之間的直徑或者半徑比所帶來的差異是很大的，因此，在設計時對其有嚴格的規定，1.00 ( R2ZiR1 ^ 1.10;嚴格來說，兩圓筒間不同半徑處其剪切應力和剪切速率是不同的，但對牛頓流體，則認為兩者是相同的。圓筒式測試時雖然轉速低但是仍然有剪切速率，而且剪切速率的非線性也影響測試結果的準確性，無法真實反映靜態性能，存在端面效應，極板的粗糙度影響測量結果，尤其是在低的粗糙度時。平板式極板的粗糙度直接影響測量結果，尤其是在低的粗糙度時，打滑是影響測量結果的主要因素之一。同時其四周的邊界端面效應也是不容忽視的，只有當兩個板足夠大時，其產生的剪切力才真實地反映巨電流變體的性能。整體結構簡單，易於製造和實現。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種測量準確的巨電流變體剪切強度測試裝置。本實用新型所要解決的又一個技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種測量方便快捷的巨電流變體剪切強度測試裝置。本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於該裝置包括金屬材料試驗機、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成埠並內置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體並一端與金屬材料試驗機連接，另一端軸向通入剪切筒的埠並伸入到巨電流變體內。所述剪切筒埠設有一軸向中空的導向套，而所述的剪切棒則貫穿通過該導向套。導向套可保證剪切棒沿著水平方向移動，起到導向穩定作用。作為優選，所述剪切筒和剪切棒的長徑比均彡5。作為優選，所述剪切棒的直徑> 2mm。進一步，所述的剪切筒也為柱體。所述的剪切棒可以是軸向中空，所述的剪切棒也可以是實心材質。作為優選，所述 的金屬材料試驗機採用由協強儀器製造(上海)有限公司提供的CTM6001微機控制電子萬能材料試驗機。當然也可以採用其他的金屬材料試驗機，這裡不在 列舉。與現有技術相比，本實用新型的優點在於:依據金屬材料試驗機上顯示的力的數值除以剪切棒的橫截面即可獲得巨電流變體剪切強度，方便快捷。同時，不存在剪切速率的非線性的問題和端面效應問題，能真實反應剪切力的大小，測試結果準確性極高。

圖1為實施例1結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。實施例1，如圖1所示，巨電流變體剪切強度測試裝置包括金屬材料試驗機1、剪切棒3及剪切筒2，剪切筒2為柱體並一端開口形成埠，剪切筒2配置有一堵頭5，剪切筒2內置有巨電流變 體6，剪切棒3為柱體並一端與金屬材料試驗機I連接，另一端軸向通入剪切筒2的埠並伸入到巨電流變體6內。進一步，剪切筒2埠設有一軸向中空的導向套4，剪切棒3貫穿通過導向套4。剪切筒2和剪切棒3的長徑比均彡5。金屬材料試驗機I採用由協強儀器製造(上海)有限公司提供的CTM6001微機控制電子萬能材料試驗機。巨電流變體剪切強度的測試方法，包括如下步驟:先給巨電流變體6加載電場，將金屬材料試驗機I啟動,金屬材料試驗機I以恆定的速度推動剪切棒3在具電流變體6內水平移動，金屬材料試驗機I上顯示出剪切棒3受到的力F，然後根據公式t=F/S，計算出在特定加載的電場下，巨電流剪切強度τ的大小，公式中的S為剪切棒3的橫截面的面積。本實施例中的剪切棒材料為Τ10，剪切棒為實心材質，直徑3mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08。剪切筒的直徑為50mm，剪切筒的長度選300mm，剪切筒壁的粗糙度足夠大，Ra彡12.5，剪切筒的材料40CrMo。適合測量小於80kPa的剪切強度。實施例2，本實施例中的剪切棒材料為T10，剪切棒為實心材質，直徑5mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08，剪切筒的直徑為50mm，剪切筒的長度選150mm，剪切筒壁的粗糙度足夠大，Ra彡12.5，剪切筒的材料40CrMo。適合測量80kPa 200kPa的剪切強度。其他結構參考實施例1。實施例3，本實施例中的剪切棒材料為T10，剪切棒為軸向中空，內徑為8mm，外徑為12mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08，剪切筒的直徑為50mm。適合測量小於500kPa的剪切強度。其他結構參考實施例1。
權利要求1.一種巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於該裝置包括金屬材料試驗機、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成埠並內置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體並一端與金屬材料試驗機連接，另一端軸向通入剪切筒的埠並伸入到巨電流變體內。
2.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述剪切筒埠設有一軸向中空的導向套，而所述的剪切棒則貫穿通過該導向套。
3.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述剪切筒和剪切棒的長徑比均> 5。
4.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述剪切棒的直徑 > 2_。
5.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述的剪切筒也為柱體。
6.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述的剪切棒為軸向中空，或所述的剪切棒為實心材質。
7.根據權利要求1所述的巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於所述的金屬材料試驗機採用由協強儀器製造(上海)有限公司提供的CTM6001微機控制電子萬能材料試驗機 。
專利摘要一種巨電流變體剪切強度測試裝置，其特徵在於該裝置包括金屬材料試驗機、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成埠並內置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體並一端與金屬材料試驗機連接，另一端軸向通入剪切筒的埠並伸入到巨電流變體內。與現有技術相比，本實用新型的優點在於依據金屬材料試驗機上顯示的力的數值除以剪切棒的橫截面即可獲得巨電流變體剪切強度，能真實反應剪切力的大小，測試結果準確性極高。
文檔編號G01N11/10GK203083903SQ20132004697
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者譚鎖奎, 紀松, 趙紅, 董旭峰, 郭紅燕, 張廣明, 齊民 申請人:中國兵器工業第五二研究所