磁流變液技術(shù)在微流體慣性開關(guān)中應(yīng)用的基礎(chǔ)研究.pdf

1、基于“彈簧—質(zhì)量塊”系統(tǒng)的傳統(tǒng)慣性開關(guān)已被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域中，如:汽車安全氣囊系統(tǒng)、引信安全系統(tǒng)以及航天航空等。此類慣性開關(guān)電極接通方式為“固—固”接觸型，其存在接觸電阻大、易磨損以及接觸不穩(wěn)定等缺陷，將直接影響慣性開關(guān)的使用性能。針對“固—固”接觸型的缺點，將流體應(yīng)用于慣性開關(guān)的研究中就應(yīng)運(yùn)而生了。磁流變液是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。這種懸浮液在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性;而在磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的B

2、ingham流體特性。基于此特性，磁流變液被廣泛的應(yīng)用于阻尼器、減振器以及驅(qū)動器等。本文以磁流變液為工作流體，利用其阻尼力可控的特性來設(shè)計新型的微慣性開關(guān);根據(jù)所設(shè)計結(jié)構(gòu)建立新的磁流變液剪切理論模型，并通過模擬實驗來驗證模型的適用性，最終完善磁流變微慣性開關(guān)的研制。本文主要的研究工作包括:
　?。ㄒ唬└鶕?jù)環(huán)境力以及閾值需要，對磁流變液微流體慣性開關(guān)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。以磁流變液阻尼力為基礎(chǔ)，加入微液體通道元素進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計;在理論方面，將

3、磁流變液的工作剪切模式精簡到一個剪切模式，并且通過控制外加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布將磁流變液的工作區(qū)域局限在一個特定的易建模的區(qū)域，此方法可為之后的開關(guān)模型計算提供方便。注意:磁流變液阻尼器以及其他已經(jīng)出現(xiàn)的利用流體粘性的微慣性開關(guān)用的流體剪切模式至少2種，計算區(qū)域也多是整個流道。
　?。ǘ├昧鲌霪B加方法推導(dǎo)出磁流變液平板剪切模式下新的阻尼力計算公式。從流體力學(xué)斯托克斯第二問題的基本公式出發(fā)，結(jié)合分析數(shù)學(xué)工具和數(shù)值計算軟件，采用流

4、場疊加的方法，分步先后推導(dǎo)平板剪切模式下多種邊界條件下移動板的阻尼力計算公式，邊界條件分別為:移動板以余弦規(guī)律運(yùn)動且板間流體為牛頓流體和移動板在開關(guān)工況的環(huán)境力作用下且板間流體為牛頓流體，最終推導(dǎo)出磁流變液平板剪切模式下新的移動板所受阻尼力的計算公式。
　?。ㄈ┳源罱_擊實驗平臺，驗證基于平板剪切模式下新阻尼力計算公式的開關(guān)模型的適應(yīng)性?；谛麓帕髯円何T性開關(guān)結(jié)構(gòu)和開關(guān)理論模型，通過放大器件尺寸來減小加工誤差，研制出模擬實驗器

5、件，結(jié)合重錘系統(tǒng)，自搭建沖擊實驗平臺。利用實驗數(shù)據(jù)來對比分析新建模型與傳統(tǒng)模型的優(yōu)劣以及各誤差源及其占比。實驗數(shù)據(jù)表明:本文新建模型誤差比傳統(tǒng)模型誤差要小。
　?。ㄋ模├肁NSOFT軟件模擬優(yōu)化模型，仿真模擬開關(guān)模型驗證實驗的實驗器件內(nèi)磁流變液加磁方式的適用性，并確定適合開關(guān)模型驗證實驗的磁路設(shè)計方案。根據(jù)最終的磁路設(shè)計方案，利用分析數(shù)學(xué)的方法來研究用一個磁感應(yīng)強(qiáng)度值來代替整個磁流變液工作區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法，并繪制實驗器件