文章编号：1007-4252（2001）04-0340-05磁流变液的特性研究张正勇，张耀华，虞承端，李民强，焦正（中国科学院合肥智能机械研究所，中国科学院传感技术国家重点实验室，合肥230031）摘耍:对以金属铁颗粒为主体的磁流变液的一般特性进行了研究。详细研究了材料的颗粒大小、形状、比例以及温度等对磁流变液特性的影响。研究了流体的屈服应力与磁场的关系，剪切应力与磁场以及剪切速率的关系。实验发现，磁流变液出现磁饱和现象不仅与材料特性冇关，而启.与配比比例冇关；剪切应力不仅与材料的颗粒大小冇关,还与材料的制备工艺冇关。关键词：磁流变；剪切速率；剪切应力；磁饱和中图分类号：TF125.8文献标识码:AStudyofmagnetorheologicalfluidsZHANCZheng一yong,ZHANGYao一hua,YUCheng一cluan,LIMin一qiang,JIAOZheng(HefeiInstituteofInlelligcntMachins,ChineseAcademyofSciences,StateKeyLaboratoryofTransducerTechnologyAcademiaSinica,Hefei230031,China)Abstract：Commoncharacteristicsofmagnetorheologicalfluids(MRF)preparedbyirongrainwereinvestigated.Itexploredeffectofiron'sparliculatesize,theshape,thepercentofiron9sparti一dilateandtemperatureonMRFcharacteristics.RelationshipbetweenMRF9syieldstressandmag-nelicfluxdensity,theshearstressandmagnetic11uxdensilyandshearstressandshearralewereinvestigated・MagneticsaturationphenomenaoccuredinMRFiscorrelatedwithmaterialcharacteris一ticsandpercentproportion.Andshearstressiscorrelativetoiron9sparticulatesizeandpreparationprocess・Keywords：magnetorheologicalfluids;shearstrain;shearstress;magneticsaturation1刖B磁流变液（MRE）在施加外加磁场的情况下，其粘度在毫秒级的时间内发生显著地增加，这种粘度的变化可通过改变磁场的大小连续地加以控制⑴。自1940年发现以來⑵，人们对磁流变液进行了深入广泛地研究，以期将其应用于柔性控制系统、震动吸收以及主动减震系统等，也可用于制造柔性夹具、抓具及机器人手抓等。以磁流变液为基础的器件或系统具有自修复与自适应功能，在没有磁场的情况下,它处于可以任意改变形状的液体流动状态，当施加一定强度的磁场时，它可以在毫秒级的时间内粘度发生显著地增加甚至变成固体，以产生所需要的功能。收稿日期:2000-07-03;修订日期：2000-10-10作者简介：张正勇（1964-）,男，副研究员，研究方向：敏感材料与传感器，智能材料,智能监测与控制系统.©1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved・http://www.cnki.net2磁流变液原理磁流变液是将易被磁场极化的固体颗粒按适当比例分布在较低粘度的绝缘溶剂中所形成的悬浮液。本质上说，它是由于固体颗粒在磁场作用下形成了有序的结构，降低了固体颗粒的自由度硫动性），从而增加了流体的粘度。理论上说，符合上述要求的材料都可以制备磁流变液。磁流变液在施加磁场时的行为,可以用Binghan模型近似处理T=Tv.d+T]0这里,T：剪切应力;Ty°d4）：与磁场强度〃有关的动态剪切屈服应力，它与准静态测量时的静态屈服应力6不同；m流体的弹性粘度；D：剪切应变率或剪切速率,Z）=（lv/dy）o大量的实验发现，当磁流变液中磁性颗粒未达到完全饱和时仗）可以近似表述为：Ty。d（B）=axBn其中a为常数的数值在1到2之间，依赖于不同的流体材料。图1是磁流变液在外加磁场作用下受剪切时应力与应变的关系图。图1G示出了应变与应力的关系，其力学响应具冇三个阶段：预屈服、屈服和后屈服。开始时剪切应力随着剪切应变量的增加而增加;达到屈服阶段时，由于流体各层之间开始出现滑动甚至流动,虽然剪切应变量增加，剪切应力反而下降;随着剪切应变量的进一步增加，剪切应力随着剪切应变量的增加而缓慢增加，即为后屈服阶段。图1⑺为后屈服阶段用Binghan模型描述的剪切应力与剪切应变率的关系。剪切应力随着磁场强度〃的增加而增加。对磁流变液的研究具冇广泛的使用前景，美国的劳德公司已经用它制备了一些简单的产品，例如车辆减震器、锻炼身体用的器件、阻尼器件等。下一步的目标是将它应...