磁流变阻尼器的研究及应用现状

　　1 前言

　　20 世纪 40 年代 Rabinow 首次发现了磁流变现象并发明了磁流变液，而后来的研究则进一步揭示了磁流变液的表观粘度随外加磁场增加时，其流动特性发生显著变化，甚至变为固体，使其作为力传递的介质;当外加磁场撤去时，磁流变液又恢复到原来的液体状态，其响应时间仅为几 ms。磁流变液的流变特性可随外加磁场强度的变化而变化，能实现磁流变体的表观粘度无级可调，磁流变液的这种可控特性使得人们能够制造“智能”机械元件。

　　从 20 世纪 80 年代中后期开始，由于流变后的电流变液流体剪切屈服强度过低的瓶颈始终无法突破，磁流变液技术的研究真正得到广泛开展。其制成的阻尼器具有体积小、能耗低、结构简单、阻尼力大、动态范围广、频响高、适应面大等特点，特别是它能根据系统的振动特性产生最佳阻尼力，因而在智能结构领域具有广阔的应用前景，成为目前国际上研究的热门课题之一，在国内也逐步受到重视。

　　2 磁流变液及性能

　　磁流变液是由在磁场中可极化的悬浮微粒、载体液和稳定剂 3 部分组成。可极化微粒是一种铁磁性和顺磁性的球形微粒，球径 1~10 m;载体液要求有良好的温度稳定性、良好的阻燃性并不易产生污染，一般用硅油、煤油和合成油;稳定剂的作用是确保磁流变体有良好的沉降稳定性和凝聚稳定性。

　　磁流变液是分散相直径为微米级的粗分散体系，在重力和离心力的作用下容易产生沉降现象，且可极化微粒由于化学物理作用易发生凝聚。在无外加磁场时，磁流变液的剪切屈服应力为 2~3 kPa，加上磁场(0.3~0.5 T)后，其屈服应力为 50~100kPa;在 25℃时磁流变液的粘度为 0.20~0.30Pa × s1，磁流变液的工作温度一般在 45~+150℃。

　　目前，磁流变效应产生的机理还没完全明确和完全被人接受的物理解释。但从显微镜可以观察到，在零磁场下，磁流变液的颗粒分布是杂乱的，而在磁场作用下却是有规则的，且磁场方向成链束状排列。其原理示意图如图 1 所示。

　　磁流变效应具有 3 个重要的特点：

　　(1) 连续性：随着磁场强度的变化磁流变液的屈服应力可连续变化;

　　(2)可逆性：磁流变液既可随着磁场强度的增加而变为半固体，又可随着磁场强度的减小而变为流体;

　　(3)频率响应时间短：在磁场的作用下磁流变液的剪切屈服应力正逆向变化所需要的时间为几 ms。

　　目前美国在磁流变液的研制上处于领先地位。2002年由 Lord 公司生产的磁流变液和 Delphi 公司用其制作的减振器 MagneRideTM被用于 Cadillac 系列轿车悬架系统;2004 年美国用于智能减振器的磁流变液产量已达上百吨。德国 BASFAG 的 Kormann 等已研制出了稳定的纳米级磁流变液。