基于多孔泡沫金属材料的简易磁流变阻尼器可行性研究

　　用磁流变液阻尼器控制结构振动是近年来兴起的减震技术研究热点之一，它是一种阻尼可控器件，其内部液压缸的阻尼介质采用磁流变液，主要由磁性颗粒与载液和稳定剂混合而成，工作原理是调节励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场，使阻尼通道中磁流变液的流动特性发生变化，而且这种变化是连续、可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体，从而控制输出的阻尼力。磁流变液阻尼器具有调节范围宽、功耗低、响应速度快、结构简单等特点，在振动控制工程领域具有广阔的应用前景。

　　目前的磁流变液配置及磁流变液阻尼器的控制技术都能满足当前磁流变液技术的发展要求，其瓶颈问题主要是磁流变阻尼器的制造成本大，不易密封且易失效[1 -2]，因此距离进一步的推广应用还有很大的差距。很多学者对多孔介质用于解决上述问题进行了研究，法国学者 Georges Bossis 在理论上对磁流变液通过多孔介质的模型进行了研究，预测了磁流变液流动的压力降[3]; 德国学者 T Ricken 建立了多相流在毛细管孔径多孔介质材料的流动模型，为多孔介质在磁流变液阻尼器设计中的应用提供了理论依据[4]; 白俄罗斯学者 V Bashtovoi 研究了磁流变液的毛细管上升现象，建立了上升过程中磁流变液的表面变形模型[5]; 浙江大学祝长生为了解决磁流变液的沉淀密封问题，提出了磁流变脂阻尼器的设计方法[6]; 美国LORD 公司 J David Carlson 和 Michael J Chrzan 将多孔海绵用于磁流变液阻尼器的设计中，这种方式在解决其密封、加工工艺、沉淀和用量等问题上面取得了很大的进步，并通过在洗衣机上的实验验证了其性能[7]，如图 1 所示。该设计解决了剪切模式磁流变液阻尼器的密封、沉淀和用量等问题，大大减小了造价，现在使用 3 mL 磁流变液的情况下，可以产生100 N 的剪切力，但是由于所采用的多孔材料性能以及理论方面的不完善，使得产品距离市场化还有很大差距，目前尚处于实验研究的阶段。

　　磁流变液技术是目前振动控制、航空航天、车辆工程等领域研究的一个重要课题，将该技术进一步推广成为目前研究的热点[8]。本文作者首先分析了目前磁流变液阻尼器技术研究状况及多孔材料用于磁流变液阻尼器设计的技术发展，针对其价格昂贵及不易密封且易失效的问题，提出了利用多孔泡沫金属材料为载体的新理念; 介绍了一种基于多孔泡沫金属材料的简易磁流变液阻尼器的概念设计，对其可行性进行了初步研究，结果表明该简易磁流变液阻尼器具有不需密封、磁流变液用量小、造价低等优点，为磁流变液阻尼器设计技术的发展提供了新的研究方向。