一种可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，包括数据采集装置、用于提供待测磁流变液磁场的磁场发生装置、盛液筒、剪切机构、应变测量装置以及为磁场发生装置和剪切机构供电的供电电源；其中，所述磁场发生装置包括由工业纯铁围合成的闭合结构和磁场测量装置，闭合结构内放置有尼龙套筒和缠绕在尼龙套筒上的铜线圈，盛液筒置于尼龙套筒的内部；应变测量装置包括导电滑环、应变片电桥和动态电阻应变仪，应变片电桥通过导电滑环与动态电阻应变仪连接，动态电阻应变仪将电压信号传输给数据采集装置；剪切机构包括步进电机以及由步进电机带动转动的剪切杆，剪切杆分为前端、中部和末端，应变片电桥粘贴在剪切杆中部。
【专利说明】一种可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种测量磁流变液在不同剪切转速和不同磁场下的剪切屈服应力 的测量装置。
【背景技术】
[0002] 磁流变液是一种具有良好发展前景和工程应用价值的新型智能材料，在外加磁场 的作用下，会在固体与液体之间发生毫秒级的可逆转化，从而产生明显的磁流变效应。磁流 变液的这种独特的流变特性被广泛应用于土木建筑、机械、汽车、航空、精密加工以及医疗 等领域。磁流变阻尼器正是充分利用磁流变液的可调性和磁效应制作而成的，因此磁流变 液的力学特性直接影响着阻尼器的使用性能。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，因此研制出能够精准测量磁流变 液剪切屈服应力的实验装置对于评价磁流变液的力学性能显得尤为重要。
[0003] 磁流变液剪切屈服应力的测试装置目前存在以下两类：1)管道流模型，该方法是 在磁场中形成管道流，通过测量两端压差和磁流变液的流速，从而得出磁流变液的剪切屈 服应力。管道流模式磁流变液测量设备在低磁场下测量结果较为准确，但是在较高磁场下 由于磁流变液颗粒磁化后在管道中滞留聚集，而母液（油）沿管道快速渗出，会造成管道 中磁流变液的浓度局部增大，导致测量结果明显偏高，需要进行一定的修正。2)平板模型， 该方法是在磁场中通过平板间的剪切运动进行磁流变液屈服应力的测试。由于平板壁面光 滑，在强磁场作用下易产生壁面滑移效应，导致测量的扭矩更多来源于强磁场时半固体状 的磁流变液与壁面的摩擦力，而不是磁流变液颗粒链的剪切屈服应力，测量结果误差较大， 同时平板运动剪切面较大，测量时不易产生匀强磁场。因此一种能精准测量磁流变液剪切 屈服应力的测量装置的开发显得尤为重要。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精确方便测量出不同剪切 转速和不同磁场下磁流变液剪切屈服应力的装置。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
[0006] 一种可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，包括数据采集装置、用于提供 待测磁流变液磁场的磁场发生装置、用于盛放待测磁流变液的盛液筒、剪切机构、应变测量 装置以及为磁场发生装置和剪切机构供电的供电电源；其中，所述磁场发生装置包括由工 业纯铁围合成的闭合结构和磁场测量装置，所述闭合结构内放置有尼龙套筒和缠绕在所述 尼龙套筒上的铜线圈，所述盛液筒置于所述尼龙套筒的内部；所述应变测量装置包括导电 滑环、应变片电桥和动态电阻应变仪，所述应变片电桥通过所述导电滑环与所述动态电阻 应变仪连接，所述动态电阻应变仪将电压信号传输给所述数据采集装置；所述剪切机构包 括步进电机以及由所述步进电机带动转动的剪切杆，所述剪切杆分为前端、中部和末端，所 述剪切杆前端为带有剪切刀片的剪切碟片，所述剪切杆前端置于所述盛液筒内，所述剪切 杆中部为塑料杆，所述应变片电桥粘贴在所述剪切杆中部，所述剪切杆末端为内螺纹帽。
[0007] 进一步优选，所述应变片电桥与所述剪切杆的轴线呈±45°夹角。
[0008] 进一步优选，所述剪切碟片为工业纯铁剪切碟片，在磁场作用下，铁剪切碟片与磁 流变液紧密结合，使剪切过程中的磁流变液与剪切碟片不出现壁面滑移现象。
[0009] 进一步优选，所述闭合结构的工业纯铁厚度为1cm。
[0010] 进一步优选，所述剪切杆中部为聚甲醛塑料杆，其在受到一定的扭矩作用时能够 产生大的扭转变形，便于位于聚甲醛塑料杆上的应变片电桥对扭矩进行测量，聚甲醛塑料 杆具有良好的机械、物理性能，尤其是疲劳强度、抗蠕变性很好，能提高测试装置的精度。 [0011] 进一步优选，所述剪切杆末端为不锈钢内螺纹帽，内螺纹帽用于与步进电机通过 螺纹旋转连接，不锈钢的抗剪强度较大，可以安全地与步进电机连接，不锈钢材质的内螺纹 帽能够避免在剪切过程中发生破坏或滑移。
[0012] 该发明测量装置的工作原理为：铜线圈缠绕于尼龙套筒上，铜线圈与供电电源连 通，通电后将产生竖直方向的均匀可调磁场，待测磁流变液放于盛液筒中，盛液筒置于尼龙 套筒的内部，以使待测磁流变液处于均匀可调的较强磁场中；供电电源给铜线圈和步进电 机通电，装置内部产生均匀磁场，待测磁流变液在磁场作用下固化，步进电机工作，带动与 其连接的剪切杆旋转，剪切杆前端的剪切碟片与待测磁流变液发生相对运动，使得磁流变 液产生剪切变形，同时磁流变液反作用于剪切杆，使其受到一定的扭矩作用并发生扭转变 形，粘贴在剪切杆中部上的（电阻）应变片电桥随着杆轴的扭转发生相应的拉伸或压缩， 并将这种变化转化为电阻变化，动态电阻应变仪通过应变片电桥将电阻变化转换为电压信 号，并将该电压信号传输给数据采集装置，数据采集装置对该数据进行处理，最终输出为该 剪切转速下磁流变液的剪切屈服应力值。通过改变供电电源的输入电流可以调节磁场发生 装置内磁场的大小，并通过特斯拉计测量磁场的大小，通过改变供电电源的输入电压可以 调节步进电机的转速，从而实现对磁流变液进行不同剪切转速下磁流变液剪切屈服应力的 测量。动态电阻应变仪所采集的电压信号与剪切杆扭矩的关系为式（1)所示：
[0013]
【权利要求】
1. 一种可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于：包括数据采集装 置、用于提供待测磁流变液磁场的磁场发生装置、用于盛放待测磁流变液的盛液筒、剪切机 构、应变测量装置以及为磁场发生装置和剪切机构供电的供电电源；其中，所述磁场发生装 置包括由工业纯铁围合成的闭合结构和磁场测量装置，所述闭合结构内放置有尼龙套筒和 缠绕在所述尼龙套筒上的铜线圈，所述盛液筒置于所述尼龙套筒的内部；所述应变测量装 置包括导电滑环、应变片电桥和动态电阻应变仪，所述应变片电桥通过所述导电滑环与所 述动态电阻应变仪连接，所述动态电阻应变仪将电压信号传输给所述数据采集装置；所述 剪切机构包括步进电机以及由所述步进电机带动转动的剪切杆，所述剪切杆分为前端、中 部和末端，所述剪切杆前端为带有剪切刀片的剪切碟片，所述剪切杆前端置于所述盛液筒 内，所述剪切杆中部为塑料杆，所述应变片电桥粘贴在所述剪切杆中部，所述剪切杆末端为 内螺纹帽。
2. 根据权利要求1所述的可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于： 所述应变片电桥与所述剪切杆的轴线呈±45°夹角。
3. 根据权利要求1所述的可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于： 所述剪切碟片为工业纯铁剪切碟片。
4. 根据权利要求1所述的可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于： 所述闭合结构的工业纯铁厚度为lcm。
5. 根据权利要求1所述的可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于： 所述剪切杆中部为聚甲醛塑料杆。
6. 根据权利要求1所述的可调磁场下磁流变液剪切屈服应力实验装置，其特征在于： 所述剪切杆末端为不锈钢内螺纹帽。
【文档编号】G01N11/14GK104483239SQ201410855270
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】徐赵东, 郭迎庆, 陈兵兵, 何冬青, 徐萌, 吴敏东 申请人:东南大学