[发明专利]一种磁流变液流变学特性检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于可控流体流变学特性检测技术领域，具体涉及用于磁流变液流变学特性检测方法与装置。

背景技术

当磁流变液受到外加磁场作用时，其流动特性会发生显著的变化，其的粘度会急剧增大，屈服应力成数量级增加，表现出类似固体的性质，当撤除外加磁场作用时，流体又迅速恢复原来的流动性质。磁流变液在液态和固态之间发生的转换具有如下特性：转换是无级可逆的；转换是可控的；转换的控制仅需电流；转换对控制的响应仅需毫秒级的时间；控制转换所需能耗很低。利用这种可控的流变学特性开发的可控器件，以其机械结构简单、功耗低、响应时间短和调节范围宽等优点，可以广泛用于建筑结构振动控制、机械系统振动控制和武器系统振动控制等重要领域。

目前公开的磁流变液流变学特性检测原理采用流动模式和剪切模式，对基于剪切模式的检测方法而言，为了得到均匀磁场，很多装置是将整个剪切机构置于线圈内，这样造成其磁路体积很庞大；受线圈体积限制，其旋转半径无法增大，这样造成通道内磁流变液的剪切应变率受到限制，无法完成高剪切速率下的测试；施加在磁流变液上的磁场无法达到饱和；对基于流动模式的检测装置而言，虽然可以达到很高的磁场，但磁流变液在管道中的推动速度无法提高，造成剪切速率受限，无法完成高剪切速率下的测试。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种新型的磁流变液流变学特性检测方法与装置，利用旋转圆筒双边剪切工作模式，将磁流变液作为力矩传递介质，通过间接检测磁流变液经受的剪切率、磁流变液的剪切应力和磁流变液经受的外加磁感应强度，得出在一定服役温度和规定磁场作用下，剪切应力与剪切率的关系(流变学特性)。其原理如下：磁流变液在外加磁场作用下流变学特性发生变化，导致传递力矩发生变化，利用力矩检测仪检测磁流变液传递的力矩，结合双边环形剪切通道中磁流变液传递力矩与剪切应力的理论关系间接得出剪切应力；利用磁流变液在环形通道中流动时剪切率与转子角速度的关系，通过光电角速度计间接检测磁流变液的剪切应变率；励磁线圈中励磁电流与通道中磁感应强度的关系，通过检测励磁线圈的电流强度，间接检测通道中磁感应强度，同时利用红外线温度传感器检测磁流变液的工作温度，以便监视检测过程中的温度变化。对间接检测得到的力矩参数、角速度参数和电流参数进行数据处理，绘制在规定磁感应强度和工作温度条件下剪切应力与剪切应变的关系曲线，输出磁流变液的流变学参数。

本发明所采用的技术方案如下：

一种磁流变液流变学特性检测装置，该装置包括磁场发生器、转子的动力传动机构、双边环形剪切机构、力矩传递组件、磁流变液、测量装置与数据处理系统；

所述剪切机构由环形剪切通道和转子圆筒组成，环形剪切通道内注入磁流变液，转子圆筒与环形通道的中心由中心定位钢球控制，中心定位钢球同时控制转子圆筒插入环形剪切通道的深度；

所述磁场发生器设置在所述剪切机构的下部，其包括励磁线圈和磁路部分，励磁线圈中励磁电流产生的磁场沿径向通过环形剪切通道，即当转子圆筒旋转使得磁流变液沿周向发生剪切时，所述励磁电流产生的磁场磁通方向与磁流变液剪切的方向垂直，通过改变励磁电流控制磁场强度；

所述转子的动力传动机构包括交流变频器、交流电机、主动带轮、传动带、从动带轮、从动轴，从动轴与所述转子圆筒固定连接，使用交流变频器改变输入电源的频率无级调节交流电机的输出转速，并通过主动带轮、传动带、从动轴带动转子圆筒在所述环形剪切通道中转动，实现转子圆筒对所述磁流变液的剪切角速度无级可调；

所述力矩传递组件由传递环、芯轴和下端盘组成，三者通过螺纹连接而成，传递环与下端盘通过螺钉连接。当磁流变液受到所述转子圆筒的剪切时，转子圆筒的转动力矩通过上端盘，芯轴、外环筒、下端盘，使用检测装置中的力矩传感器检测传动盘的转动力矩从而间接测量所述转子圆筒的转动力矩。

所述测量装置与数据处理系统包括力矩检测装置、转子圆筒角速度检测装置、磁场检测装置和温度检测装置，分别用于实现对所述磁流变液传递的力矩、转子圆筒角速度、励磁电流和磁流变液的服役温度检测，所述各检测装置的输出与数据处理系统的输入相连，将检测数据输入至数据处理系统；数据处理系统通过对检测数据的处理和计算得到磁流变液经受的剪切应力值、磁流变液经受的剪切率值、通过磁流变液的磁通密度，结合磁流变液的服役温度检测数据，绘制在规定磁感应强度和工作温度条件下剪切应力与剪切应变的关系曲线，输出磁流变液的流变学参数。

本发明进一步提出一种根据上述检测装置的磁流变液流变学特性的检测方法，该方法包括以下步骤：