基于DSP的汽车磁流变减振器控制器设计英文资料的翻译.docx

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基于DSP的汽车磁流变减振器控制器设计英文资料的翻译

羟基铁粉基悬浮液的磁流变特性

摘要

目的：

本文的主要目的是陈述磁流变液由羰基铁粉粒组成这一调查结果，并分析通过一个控制的应用外磁场在内部结构形成的条件下它们的流动行为，以及研究它们的形态，磁特性，沉降稳定性和所检验的磁流变液的磁流变性能。

设计/方式/方法：

新型磁流变液由硅油1050OKS和羰基铁粉相混合。

此外，为了减少沉淀二氧化硅气凝胶200被用来当做稳定剂来添加。

为了达到确定被分析的流液的性质这一目的，对流体的沉积度和其动力粘度进行了调查。

调查结果：

调查磁流变液的动力粘度变化急剧并且可逆来响应外部施加磁场。

而且气相二氧化硅所添加的粒子抑制了羰基铁颗粒的沉淀。

研究限制/问题：

磁流变液具有优异的性能并且可以应用于土木工程，工程安全，交通和生活科学的各种领域。

他们提供了机械性能的主动控制这一优秀的性能，但是对于磁流变液的耐久性的影响因素和装置现在还没有一个系统出版的研究。

很少有信息是关于揭示不同的磁流变液体的温度的影响。

正是因为这个原因还需要进一步努力，以取得更好的成绩。

独创性/价值：

这个调查结果是可靠的，并且对设计者和许多工业部门的从业人员是非常有用。

关键词：

磁流变智能材料；磁流变材料；羰基铁粉；磁流变性能

1.序言

磁场响应流体包括磁流变液，磁流体和电流变液。

在大多数情况下，这些材料的共同的财产是他们都是粒子在载体液体中的分散化并且流变学的某些方面是由外部电场或磁场控制的。

典型的磁流变液是微米大小的，带有磁化粒子（铁，铁氧化物，氮化铁，铁合金，降低羰基铁，羰基铁粉减数，二氧化铬，碳钢，硅，镍，钴，以及它们的组合）的悬浮物体。

这些磁化粒子悬浮在一个合适的液体载体上，如矿物油，合成油，水或乙二醇。

这种液体载体起着分散介质和确保颗粒在流体中分布均匀。

通常情况下，磁化的粒子的直径的范围是从3微米到5微米之间。

磁流变液的磁流响应的关键在于通过应用外部磁场来极化诱导的悬浮颗粒。

在这个结果之间的相互作用产生诱导偶极使粒子形成的柱状结构，与应用领域相互平行，如图1所展示。

这些类似链状的结构限制了流体的运动，因此增加悬浮物的粘性。

图1.磁流变液具有/不具有的微观结构外部磁场。

从本质上说，当外部磁场被应用，磁流变液行为从一种液体状态转变到一种类似固体凝胶。

急剧转变的磁流变液的速度可以相当快速，一般为10-3和10-4秒。

因此，磁流变液可用于执行各种阻尼方案。

根据磁场改变磁流变液的屈服强度的能力，使磁流变液改变结构刚度和阻尼系数，从而使结构“聪明”或“智能”。

该磁流变液的性能流体允许其在许多商用产品方面使用。

例子包括小型的、实时线性阻尼器。

半主动振动车辆和旋转刹车控制。

地震运动在建筑和桥梁、磁性磨料流加工、磁性浮动抛光的应用的大型半主动控制线性阻尼器。

并且支持康复过程的特殊用途的设备。

2.实验

羰基铁粉被选定（减少羟基铁，氧化硅涂层，巴斯夫，德国）作为一个模型粒子悬浮系统。

这是因为羰基铁粉是软磁材料并具有高饱和磁化强度的特点。

平均颗粒大小和密度分别是6.0-8.0微米和4.3克/立方厘米。

浓度固定在质量分数20%和40%。

为了减少沉降的颗粒附加组件（1对词量）被添加到液体中间。

气相二氧化硅的硅油（气相二氧化硅200，德固赛，德国）被选择。

载体液体的功能主要是提供了一种液体，在这种液体中磁性的有源相颗粒悬浮其中。

载体液体应该也在很大程度上对磁性粒子没有反应。

同样的情况，载体液体应该对在设备中使用的组成或材料没有反应。

当选择了一种载体液体，要考虑的沸腾温度、高温下的蒸气压和冰点是非常重要的。

由于这些原因这样的磁颗粒分散在无色硅油（一氧化硫，OKS，德国）。

磁流变特征的研究利用实验室试验台，它可以作为粘度也可以作为实验室离合器的功能（图2）。

图2.磁共振效应测量装置

1轴（驱动）和内筒，外筒2-，3-，4-针和角位移规模

鼓。

（1）被沉浸在磁流液中并且通过驱动器旋转驱动。

电流在线圈（3）中流动，产生了磁场。

这个磁场你能够增加磁流体的粘度。

通过增加提供给线圈的电压，在磁流体粘度的变化是可以观察到的。

适用的扭矩转移到内筒

（1）来移动外圆柱形容器

（2）。

弹簧停止了外筒的运动并且转变角位移量表的适当的位置上的针（4）。

电压逐渐从1.25伏以上变化到了6伏，并以0.5伏的步法增长。

每次测量都会重复三次，然后取平均值。

通过在室温下载体油在清澈和混浊部分边界的位置变化的视觉观察来测量沉降[4]。

制备的样品被放置在圆柱形玻璃测试管（长1米，直径30毫米）内几天。

沉降率的计算公式为

（1）：

􀀎􀀠

在公式中：

a代表透明液体的长度

b代表浑浊液体的长度

线圈电流和磁场强度是可控的并且使用一个单独的控制单元

材料结构的金相检查和其化学构成是由飞利浦xl-30扫描电镜和在20千伏加速电压下的能量色散X射线光谱仪谱。

3.结果与分析

观察羰基铁铸铁及应用稳定剂后的磁流变液体-在使用扫描电子显微镜进行二氧化硅（Aerosil200）的微观观察。

图3显示的是扫描电子显微镜下铸铁的形态及特征。

羰基铁粒子的大小分布一般呈球形。

当处于外加磁场条件下，通过链的断裂和转化，剪切变形会促使初步构建的这些粒子的链结构转化为个别链的组合式结构。

此外，为了确定用于制备磁流变液的羰基铁高纯度，进行了化学成分的调查（见图4）。

为了避免羰基铁粒子发生附聚，铸铁表面涂有二氧化硅涂。

图3扫描电子显微镜观察到的用于产生磁流变液体的羰基铁粒子。

放大倍率为10000xand75000x

在进行观察的基础上，我们发现离子硅呈现不规则形状（见图5）。

二氧化硅包裹着球形铁粒子，防止处于悬浮状的类似铁粒子发生凝聚。

图4扫描电子显微镜下羰基铁的化学成分的形态和特殊逐点式微量分析

为了确定应用硅的化学组成，进行了X射线微量分析，并且使用了20千伏加速电压下的能谱分析仪的能量分散和X射线光谱仪。

图6展示的是离子硅化学组成的分析结果。

通过实验观察到添加剂对于磁流变流体的稳定性的影响。

填充的磁流变液体成分各不相同，均处于静止状态，直到它达到渐近值。

分析粘度约为50毫帕·秒和羰基铁浓度为40％左右的液态磁流变液体，观察显示不论流体中是否含有硅，沉降系数均在缓慢下降（见图7）。

我们还发现，观察液加入稳定剂后，稳定性有所提高。

硅胶提供的网罩，防止羰基铁粒子的集聚和水库底部类似因子的团聚。

粘度约为500毫帕·秒和铸铁浓度约为40％的磁流变液体，在研究流体中稳定性最高。

经过30小时的下降后，沉降系数值范围约为93-95％（见图8）。

图6扫描电子显微镜下气相二氧化硅化学组成的形态及特殊逐点式微量分析（Aerosil200）

为了描述稳定剂的作用，沉淀过程应被延长至60小时。

观察的主要目的是研究外部磁场条件对原型磁形变流体动态粘度的影响。

出于这个原因，考虑到下列因素：

（羰基铁）磁性微粒的浓度，载体液体的粘度和应用稳定剂的影响（Aerosil200）。

在进行调查基础上，扩大磁性微粒（铸铁）的浓度加大了分析液的动态粘度和外部磁场的强度，这是肯定的。

铸铁液的高浓度同样加大了研究流体的稳定性。

在磁形变流体（OKS1050,50mPa·s）的情况下，动力粘度值升至21kg/m·s2，而磁形变流体的动力粘度（OKS1050,500mPa·s）处于26kg/m·s2。

图9和图10所示为磁流变流体的动力粘度和外部磁场强度之间的关系。

图7.磁流变液的沉降率（OKS1050,50mPa·s）

图8.磁流变液的沉降率（OKS1050,500mPa·s）

图9.依赖磁流体（OKS1050,50mPa·s）动力粘度的磁场强度

图10.依赖磁流体（OKS1050,500mPa·s）动态粘度的磁场强度

图11.影响稳定的动态粘度磁流体（OKS1050,50mPa·s）

图12.影响稳定的动态粘度磁流体（OKS1050,500mPa·s）

图13.承载液体粘度动力粘度磁流体的影响（CI40%）

图14.承载液体粘度动力粘度磁流体的影响（CI40%）

对于磁流变性能最重要的是存在的的稳定添加剂，这可以进一步提高磁流变效应。

此外，稳定的磁流变液更均匀并且能在低磁场强度下能更快的响应外部磁场。

在实验结果的基础上可以加以肯定的是，研究液体的动态粘度随着外部磁场强度的扩大而增加与扩大后的二氧化硅相当（图11和12）。

这是因为添加二氧化硅防止结果粒子的集中以形成凝胶网格。

正是因为这个原因，铁的粒子慢慢地落在鼓的底部，更多的磁性粒子一直受到外部应用磁场的力量。

如图13和图14所示，一般磁流变液的动态粘度随着油的密度的增加而增大，这都是因为非稳定悬浮的物体和气相法白炭黑的添加。

4.结论

在调查的基础上得出以下结论：

1随着载液粘度的增加的和羰基铁粉磁流变液浓度的上升表现出在一段时间中较高的稳定性。

2添加的亚微米大小的粒子（白炭黑）与CI的数量有的1%的关系且进一步抑制沉淀的羰基铁粒子，特别是有效的高负载（40%）磁流体。

3研究的磁流液的动力粘度的增加与外部磁场相呼应的关系：

与CI的数量与词和承载液的粘度的增加有关

稳定添加剂的加入（气相二氧化硅200）。

致谢

作者感谢巴斯夫银所提供的羰基铁粉样品。