电流变阻尼器辅控的位移补偿装置构架设计

　　机电液控制应用技术随着材料科学技术的发展而发展。机电液系统多种新型的传感器件、执行器件、适配智能系统的先期研究结果已为构造设计所运用;系统元件提升智能化控制水平的开发研究已经进入型式设计或实用阶段。电流变液作为一种新型混合材料,其研究和应用为机电液行业提供了新方法[1-4]。

　　1　电流变液及评价参数

　　1·1　电流变(电致流体相变)液简介

　　电流变液ERF (Electrorheological Fluid)是具有高介电常数的固体粒子均匀分散于低介电常数的绝缘液体介质中所形成的一类稳定悬浮液,是一种新型的智能材料。在电场作用下电流变液可在“固”、“液”两相之间转换,转换过程可控而且可逆,一般转换时间为毫秒级,即所谓的电流变效应(Electrorheologi-calEffect)。利用其电控力学行为,可以预期得到较传统力学元件更为理想的(机—电能量转换控制的)响应指标。

　　几年前供实验研究用电流变液(商品)的电控力学行为指标尚不能满足机电工程应用的要求。主要原因是剪切强度只能达到10 kPa左右,即便考虑其力效应面积和转换时间,也远不能达到一般机电设备控制元件的功率或信号直接控制机能的功率规模。电流变装置的控制技术是电流变技术中的另一个难题,大多数电流变装置没有建立较完善的数学模型。此外引入电流变装置时还要解决与现有一般系统的兼容问题。2003年前后香港科技大学和中科院物理研究所的温维佳、陆坤权等研制出了一种具有巨电流变(GiantElectrorheologica,l简称GER)效应的纳米颗粒电流变液,其剪切强度超过100 kPa,同时这种电流变材料还具有温度稳定性好、响应时间快(小于10 ms)、电流密度低、不沉淀以及化学稳定性好等诸多优点。同时作者还发现,此类电流变效应与外加电场呈线性变化关系,而非通常的二次方关系。他们提出的“表面极化饱和”模型圆满地解释了GER效应的实验结果。2008年宁波材料研究所许高杰研究小组成功制备出了屈服强度高达400 kPa的电流变液材料,近期又获得了一种低场高屈服强度的电流变材料,其屈服强度在2 000 kV/mm电场下达到150 kPa以上。

　　1·2　评价电流变液体力学性能的重要参数

　　在零电场作用下,电流变液基本上是一种牛顿流体,在流动时,其切应力与切应变率成正比。在外加电场作用下,其材料性质接近于Bingham塑性流体,本构方程为:

　　式中:τ为电场作用下电流变液体的切应力;η0为在零电场时,电流变液体的表观黏度(mPa·s);γ为液体流动时的切应变速率(s^-1);τs为静态屈服切应力(Pa)。