磁流變液及其在工程中的應用探討

劉偉軍

（杭州中德門窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液及其在工程中的應用探討

劉偉軍

（杭州中德門窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液屬可控流體，簡稱MR流體，它是一種性能獨特的智能材料，在近幾年的相關研究領域中較為熱門。磁流變液是由非導磁性液體和低磁滯性、高磁導率的微小軟磁顆粒混合而成的懸浮體。本文簡單介紹了磁流變技術的發(fā)展、磁流變技術的優(yōu)勢特征，對磁流變技術的應用進行了簡單闡述，對磁流變技術存在的問題進行了簡單分析。

磁流變液；工程；應用

近年來，磁流變技術在工業(yè)界和國內(nèi)外的研究學者中引起廣泛關注，已成為當前智能材料領域研究的一個重要方向。磁流變液是一種新型流體，它具備高效率、變化迅速、連續(xù)、安全可靠等特點，并且因其具備特殊的磁流變效應而被廣泛關注。作為一種新型的智能材料，磁流變液被認為在汽車制造、醫(yī)療行業(yè)、建筑行業(yè)都擁有極高的應用價值，發(fā)展?jié)摿薮蟆＝鼛啄辏ⅰ⒎ā⒚馈⑷盏葒獍l(fā)達國家均加大了對磁流變液的投入和研究，我國的相關研究工作也已經(jīng)起步。

1 磁流變技術

1.1 磁流變技術的概念

磁流變效應是磁流變液的理論基礎，磁流變效應指在外加磁場的作用下，流體能瞬間停止流動變?yōu)楣虘B(tài)，當去除磁場時，又能從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，整個過程可逆且具有可控性、穩(wěn)定性。磁流變液通常由磁性顆粒、穩(wěn)定劑和載液組成。磁流變液的整個過程用時極短，能耗極小，且具有剪切應力大、適用范圍廣等特點，因而研究價值極大。

1.2 磁流變技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 國外現(xiàn)狀

磁流變效應于1948年被發(fā)現(xiàn)，在隨后的幾十年里，由于人們把主要精力放在了電流變液的研究上，因此磁流變液發(fā)展緩慢。近二十年來，美國的Lord公司在磁流變液的研究上投入較大，并取得了可喜的成果，該公司先后公布了多種磁流變液的配方，并通過加入添加劑的措施對磁流變過程的各種參數(shù)予以控制。而美國的福特汽車公司，在磁流變性能的研究方面取得了較大進展，該公司研究發(fā)現(xiàn)，體積膨脹是導致屈服應力下降的原因，而磁流變液的激化機理不受溫度變化的影響。

1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國的磁流變技術研究起步較晚，20世紀90年代后期，相關研究工作才開始進行。目前，我國科學家在磁流變的機理、工程應用、材料制作等發(fā)面都取得了一些進展，但這些研究大都停留在科研機構(gòu)和高等院校中，因此相關應用較少。總體來講，我國的磁流變液技術和國外相比，還有比較大的差距，相關研究工作亟待提高重視和加大投入。

2 磁流變液的優(yōu)勢特征

2.1 連續(xù)性好

磁流變液在外加磁場的作用下，其表面粘度會發(fā)生相應變化，這一變化過程是無級且連續(xù)的，過程可控且具備非線性的特點，這些特征為磁流變液的應用提供了基礎。

2.2 工作溫度范圍大

因為磁流變液的激化機理不受溫度變化的影響，所以在-40～200℃下，磁流變液均具有良好的穩(wěn)定性。

2.3 能耗低

磁流變液相比于電流變液的另一大優(yōu)勢是能耗低，磁流變體在實現(xiàn)液體和固體之間的轉(zhuǎn)換過程不會吸收或者釋放大量能量。且整個過程耗時極短，可以滿足很多工程上的要求。

2.4 剪切屈服強度大

剪切屈服強度大是磁流變液相比于電流變液的一個顯著優(yōu)勢。在外加磁場的作用下，磁流變液的剪切屈服度甚至可以達到50kPa以上，這大大提高了磁流變液的應用價值。

2.5 可控性強

根據(jù)電磁感應原理我們知道，磁場的強度由勵磁線圈電流的大小所決定，所以我們通過控制流過線圈的電流，便可控制相應感應磁場的強度。磁流變液的這一特點使其更易于與計算機相結(jié)合，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。

3 磁流變技術的具體應用

3.1 應用在汽車制造中

磁流變阻尼技術在汽車行業(yè)中應用廣泛，根據(jù)此原理制造的座椅減振系統(tǒng)和懸架減振器，大大提高了汽車舒適度和安全性。除此之外，磁流變阻尼技術還被應用于汽車的制動器和離合器上。

3.2 應用在建筑領域

應用磁流變液技術制造的阻尼器其阻尼力可調(diào)，可以實現(xiàn)對振動的相應控制，因此在避免因振動引起的高層建筑物重大災害中，磁流變液技術發(fā)揮著極其重要的作用。

3.3 應用在醫(yī)療領域

在醫(yī)療領域，磁流變技術應用最為廣泛的實例就是將磁流變阻尼器應用到假肢中。該應用技術相對成熟，為智能假肢的產(chǎn)業(yè)化提供了基礎。除此之外，磁流變技術還可應用于手腕功能恢復裝置和康復機上。

4 現(xiàn)階段磁流變技術存在的問題

4.1 理論、技術有待完善

近年來，雖然國內(nèi)外對磁流變技術的研究取得了較大進展，但對磁流變的極化機理各界還有達成統(tǒng)一認識。磁流變液的力學性能和結(jié)構(gòu)還不能完全適用于磁流變液的各種條件和場合。在實際應用中，也經(jīng)常出現(xiàn)實際性能大大偏離設計指標的情況。目前，磁流變液還不能克服穩(wěn)定性不足和零場粘度高等技術瓶頸，磁流變液器件控制的精確和優(yōu)化還有待提高。

4.2 應用范圍有待擴大

磁流變液雖然發(fā)現(xiàn)較早，但對其深入研究卻是近幾年才開展起來的，應用的領域也十分少，目前主要應用于工程減振系統(tǒng)，不過磁流變液的性能優(yōu)勢突出，相信隨著時間的推移和研究的加大，磁流變液的應用范圍會越來越廣。

4.3 商業(yè)實用性有待提升

現(xiàn)階段，磁流變液技術還不夠完善，對其的研究也大多停留在試驗階段，在國外，一些技術甚至還處于保密狀態(tài)，因此，實際投入應用的磁流變液器件也相對較少，其產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還有一段較長的路要走。

5 結(jié)語

作為一種新型的智能材料，磁流變液易于控制且性能優(yōu)越，雖然在一些技術環(huán)節(jié)和實際應用中，有些難題還有待解決，但這并不影響磁流變液廣闊的應用前景，特別是在工程機械領域，磁流變液必將發(fā)揮巨大的作用。近年來，隨著研究投入的加大，磁流變液在實際應用方面進展迅速，國外一些國家的相應設備已經(jīng)進入市場。相信，在不遠的將來，隨著磁流變技術不斷得發(fā)展完善，相應技術面難題得以解決，磁流變技術人們的日常生產(chǎn)生活中，必將發(fā)揮重要的作用。

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