摘 要

剪切屈服应力是衡量磁流变液在磁场作用下固化强度大小的指标，是磁流变液的主要力学性能参数。剪切屈服应力值直接影响着磁流变液的可调性与磁效应。基于磁流变液的剪切模式下，设计了圆筒式磁流变液剪切屈服应力测试装置。相比较于圆盘式，圆筒式缝隙磁场分布更加均匀，磁场强度高，注液更加方便。磁流变液测试装置剪切率较高且容易使磁流变液达到饱和。利用ANSYS软件模拟仿真测试装置，可以得出剪切屈服应力值。本装置主要研究的是磁路方面的仿真与分析，它属于有限元类型的分析，而ANSYS刚好满足此条件。本文根据ANSYS的特点，提出了基于ANSYS的磁流变液剪切屈服应力磁路的仿真与分析。先从理论上得出磁流变液的组成以及影响它的因素，在此基础上建立磁流变液剪切屈服应力计算模型，然后利用ANSYS里的MAXWELL模块软件进行结构设计，设计完后进行磁路的仿真与分析。

关键词：磁流变液；剪切屈服应力；有限元分析；测试装置

Cylinder type MRF shear yield stress testing device

Abstract

Shear yield stress is an index to measure the curing strength of MRF under magnetic field, and is the main mechanical property parameter of MRF. The shear yield stress directly affects the ability and magnetic effect of MRF Based on the shear mode of MRF, a cylindrical MRF shear yield stress testing device is designed. Compared with the disc type, the magnetic field distribution of the cylindrical slot is more uniform, the magnetic field intensity is high, and the injection is more convenient. The MRF testing device has higher shear rate and is easy to saturate the MRF.The shear yield stress can be obtained by using ANSYS software to simulate the test device. The main research of this device is the simulation and analysis of magnetic circuit. It belongs to the analysis of finite element type, and ANSYS just satisfies this condition. According to the characteristics of ANSYS, the simulation and analysis of the magnetic circuit of MRF fluid shear yield stress based on ANSYS are presented in this paper. Firstly, the composition of MRF and the factors that affect it are obtained. On this basis, the calculation model of shear yield stress of MRF is set up, then the structure of the MAXWELL module in ANSYS is used to design the structure. After the design, the magnetic circuit is simulated and analyzed.

Key words:MRF;MAGNETORHEOLOGY;Finite element analysis;Testing device

目录

第一章 绪论 6

1.1 选题目的及研究意义 6

1.2 磁流变液的组成与磁流变概述 6

1.2.1 磁流变液的组成 6

1.2.2 磁流变概述 8

1.3 磁流变液的性能评价指标及其影响因素 8

1.3.1 表现粘度 8

1.3.2 屈服应力 9

1.3.3 响应工作时间 9

1.4 国内外磁流变液特性研究 10

1.4.1 国外研究现状 10

1.4.2 国内研究现状 11

1.5 本文的特色 12

1.6 本文的研究内容 12

第二章 磁流变液屈服应力计算模型 14

2.1 磁流变效应理论介绍 14

2.1.1 相变理论 14

2.1.2 场致偶极矩理论 14

2.2 磁流变液颗粒间作用力计算 15

2.2.1 有限元理论模型 15

2.3 本章小结 16

第三章 实验装置结构设计 17

3.1 磁场控制系统 17

3.2 装置结构形式的设计 18

3.3 磁路设计 19

3.3.1 导磁材料的选择以及磁路分布形式的设计 19

3.3.2 磁路的计算与分析 20

3.4 电磁线圈的设计 22

3.4.1 电磁线圈横截面直径 22

3.4.2 单位长度上的平均匝数n1和单位厚度上的平均层数n2 22

3.5 本章小结 23

第四章 实验装置的磁路仿真分析 24

4.1 磁路分布仿真分析 24

4.1.1 定义单元类型及材料属性 25

4.1.2 建立几何模型 25

4.1.3 赋予材料属性及划分网格 25

4.1.4 施加电流密度以及边界条件 27

4.1.5 磁场仿真结果及分析 27

4.2 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

致 谢 32

参考文献 33、34

第一章 绪论

1.1 选题目的及研究意义

剪切屈服应力是衡量磁流变液在磁场作用下固化强度大小的指标，是磁流变液的主要力学性能参数。剪切屈服应力值直接影响着磁流变液的可调性与磁效应。当施加外磁场时，磁流变液由流动的牛顿流体，瞬间变化为类固体，从而能够提供一定的剪切强度。剪切强度越大，则能够提供的阻尼力就越大，这将有助于磁流变阻尼器发挥其减震（振）作用。因此，准确合理地测量磁流变液的剪切屈服应力对于磁流变液的应用是至关重要的。本次研究利用圆筒式剪切屈服应力测试装置测试屈服应力，然后用ANSYSMAXWELL对磁场进行仿真分析。

目前的研究一方面是磁场发生装置的设计，另一方面是磁场测量装置的选用，这两方面共同为圆筒式磁留剪切屈服应力测试装置磁路的设计作了铺垫。用ANSYSMAXWELL软件可以对实验装置建立几何模型，并且进行磁场仿真得出重要数据。此次研究能培养我自主学习的能力，提高我的思考能力和动手能力以及对ANSYSMAXWELL软件的运用。

1.2 磁流变液的组成与磁流变概述

1.2.1 磁流变液的组成

磁流变液 ( 简称 MRF) 作为一种新颖的智能材料，在零磁场状态下表现为Newton 流体特性；在外加磁场作用下，可在瞬间（毫米级）从流动性良好的液态转变成固态；其表观黏度可在外加磁场作用下陡然增大几个数量级以至其失去流动性；随着外加磁场强度连续增加，磁流变液的屈服应力也会随之增加，并且屈服应力可由外加磁场连续控制[1]。