磁性液体阻尼减振器实验研究

　　磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中形成的稳定的胶态悬浮液。在磁性液体出现之初，Rosensweig［1］就提出了将磁性液体应用于阻尼的设想。美国宇航局［2］最先开展了对磁性液体阻尼的研究，开发了一种无线电天文探测卫星用磁性液体粘滞阻尼器。Raj 等［3］综述了磁性液体阻尼技术的诸多应用。此后，应用性液体的阻尼器被发展为多种类型，包括活塞式磁性液体阻尼器［4］、调谐磁性液体阻尼器［5］、磁性液体胶体阻尼器［6］、多孔弹性片状磁性液体阻尼器［7］等，这些阻尼器都是为满足不同的阻尼条件而提出的。国内研究主要集中在磁流变阻尼器上，包括理论分析［8］与应用研究［9］，磁流变液是微米级磁性颗粒的悬浮液［10］，主要用于大阻尼的情况［11］。

　　至今，有的磁性液体阻尼已经应用于机械、仪器仪表和航天等领域中，有的则还处于理论分析阶段，但在阻尼器件中作为支撑和阻尼液仍然是磁性液体最具潜力的应用之一。

　　本文针对要求结构紧凑与能量耗散较小的场合，提出另一种磁性液体阻尼减振器，搭建基于悬臂梁的实验台，实验研究多种参数对减振器减振效果的影响。

　　1 磁性液体阻尼减振器结构及工作原理

　　如图 1 所示，磁性液体阻尼减振器由圆柱形非磁性外壳，充满在外壳内的磁性液体以及浸没在磁性液体中的环形永磁体组成。如果忽略永磁体的重力，根据永磁体在磁性液体中的自悬浮原理［12］，永磁体将远离外壳内壁，悬浮在磁性液体中央。使用时将外壳与被减振的物体固定，外界的振动将引起永磁体与外壳间的相对运动，从而在磁性体内部产生具有速度梯度的流动，这样就可以依靠液体的粘性耗能原理耗散能量。

　　为验证减振器的阻尼性能，将其安装在一端固定、另一端自由的弹性悬臂梁的自由端。悬臂梁的自由振动在安装减振器前后都具有一定的衰减，用对数衰减率 Λ 衡量振动衰减的快慢:

　　其中 Ai为第 i 次振荡振幅，j 为所间隔的振动周期数。在弹性悬臂梁上安装磁性液体阻尼减振器后，当梁自由振动时，减振器中磁性液体内的粘性耗能对梁的振动具有抑制作用，这时用梁振动的对数衰减率与未安装减振器时振动的对数衰减率之比，即对数衰减率的放大倍数 Λ/Λ0来表示这种抑制作用的强弱，其中 Λ0和 Λ 分别为安装减振器前后梁振动的对数衰减率。

　　2 实验说明

　　实验系统如图 2 所示。弹性悬臂梁选用宽度为 50mm，厚度为 5 mm 的黄铜板，其长度的变化范围为 0． 5m ～ 2 m，经前期的实验发现，长度范围内弹性悬臂铜板振动的频率范围为 0． 7 ～5． 8 Hz。悬臂梁一端固定，另一端安装磁性液体阻尼减振器。固定在梁自由端的压电式加速度传感器可得到与振动加速度成定量关系的电压信号，该信号经数据采集器读入并经模数转换后输入到与之相连的计算机，数据采集器的采样频率为200 Hz。进入到计算机的信号首先转化为加速度数据，再由加速度数据得到梁振动的速度和位移数据，进而可以据其计算梁振动的对数衰减率。图 3 为实验装置的实物图。