专利名称：双流道磁流变液MRFs特性测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种磁流变液测试装置，特别涉及一种磁流变液流变特性的测试装置。
背景技术：
磁流变液属于一种新型智能材料，应用前景非常乐观，但测试其性能的装置很少，并且测量结果受到测量仪器的量程和精度限制，且价格昂贵。磁流变液(Magnetorheological Fluids, MRFs)是由绝缘母液和均勻散布在其中的磁介质微粒组成，在没有磁场作用的状态下，符合牛顿流体的本构关系，有较低的黏度； 当它处于强磁场作用下时，其悬浮颗粒被感应由磁中性变为强磁性，在磁极之间形成“链”状的桥，使其在瞬间由液体变为黏塑体，表现为一种具有一定屈服力的类似于固体的本构关系。磁流变液由Rabinow于1948年发明以来,在机械、航空航天、石油、土木工程，自动化和振动控制等众多工程领域内已有一定的实验和理论研究，然而有关测试装置已不能满足日益广泛的科研需求，虽然磁流变液屈服应力的测试装置已有好几种，但是各有利弊，并且价格昂贵，相关测试装置的研制刻不容缓，希望该工作能推进磁流变液的研究和高速发展。因此急需一种成本低、量程较大和测量精度高的磁流变液测试装置。

发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、量程较大和测量精度高的磁流变液测试装置。该装置可实现MRFs剪应力和实验分析，并且转动惯量小，小巧精致，经济适用。本发明的目的之一是提出一种双流道磁流变液MRFs特性测试装置；本发明的目的之二是提出一种双流道磁流变液MRFs特性测试装置的测试方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的
本发明提供的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，包括立柱、磁铁载板、MRFs载液板、测试装置、动力控制装置和数据处理系统，
所述磁铁载板活动设置于立柱上，所述MRFs载液板的中心轴设置有支架，所述MRFs载液板设置于磁铁载板内部，所述动力控制装置与中心轴连接用于控制驱动MRFs载液板，所述测试装置设置于中心轴上用于测试MRFs载液板发生的相对剪切应变信号，所述剪切应变信号输入到数据处理系统中进行处理分析。进一步，所述MRFs载液板上设置有上流道MRFs载液槽和下流道MRFs载液槽，所述上、下流道MRFs载液槽为同心轴。进一步，所述磁铁载板包括第一磁铁载板、第二磁铁载板分别活动设置于立柱上，所述第一磁铁载板和第二磁铁载板合在一起时配合形成一整体磁铁载板，所述第一磁铁载板包括磁铁载板A和磁铁载板B，所述磁铁载板A和磁铁载板B重叠设置于立柱上，所述第二磁铁载板包括磁铁载板C和磁铁载板D,所述磁铁载板C和磁铁载板D重叠设置于立柱上。进一步，所述测试装置包括应变测试装置和数字应变仪接口 ；所述应变测试装置包括固定部分和转子部分，所述固定部分同轴设置于中心轴上，所述转子部分上设置有用于测量转子部分所需转矩的剪应变传感器，所述剪应变传感器通过设置于转子部分上的数字应变仪接口与数字应变仪连接。进一步，所述动力控制装置包括动力装置和转速控制器，所述动力装置和转速控制器连接，所述转速控制器与中心轴连接。进一步，还包括若干强磁铁块，所述强磁铁块设置于磁铁载板中用于通过叠加强磁铁块来进行磁场控制。
进一步，所述MRFs载液槽及转子采用青铜制备而成，所述上、下流道MRFs载液槽的厚度均为1mm，所述上、下流道MRFs载液槽的工作区域宽度为Φ60~Φβ0 本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的
本发明提供的MRFs测试装置的测试方法，包括以下步骤
51:组装MRFs测试装置，装载磁流变液MRFs，将强磁铁块安装至磁铁载板的工作区
域；
52:接通MRFs测试装置的电源，调整应变测试装置中转子部分的转速；
53:测试磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力；
54:更换强磁铁块后，重复进行磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力的测试；
55:直到满足测试要求则结束。进一步，所述步骤SI中强磁铁块是由低磁场至高磁场进行设置的；所述步骤S2中转子部分的转速是由低速逐步至高速运转。进一步，所述步骤S5实验结束后，拆卸强磁铁块，并清洗上、下流道MRFs载液槽。本发明的优点在于本发明采用设置有上、下流道MRFs载液槽的双流道磁流变液测试装置，通过磁铁载板设置的强磁铁块来提供离散型磁场，其磁场范围0-6000GS，分5段离散控制，剪应变率在1-1000 s·*范围内持续可调，剪应变及测试装置量程较大，精度较高，可实现MRFs剪应变率和MRFs剪应力测试，该装置较现有的设备，成本大幅度降低，经济适用。本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I为MRFs剪切时的速度分布；
图2为MRFs测试装置结构图；图3为双流道磁流变液MRFs特性测试装置总 图4为双流道磁流变液MRFs特性测试装置俯视图(外框为底板)；
图5为MRFs双流道装置 图6为MRFs转矩测量装置有限元分析 图7为分析前的网格图；
图8为分析后的线性关系图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。图I为MRFs剪切时的速度分布；图2为MRFs测试装置结构图；图3为双流道磁流变液MRFs特性测试装置总图；图4为双流道磁流变液MRFs特性测试装置俯视图(外框为底板);图5为MRFs双流道装置图；图6为MRFs转矩测量装置有限元分析图，图7为分析前的网格图；图8为分析后的线性关系图，如图所示本发明提供的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，包括立柱I、磁铁载板2、MRFs载液板4、测试装置、动力控制装置和数据处理系统，所述磁铁载板2活动设置于立柱I上，所述MRFs载液板4的中心轴设置有支架31，所述MRFs载液板4设置于磁铁载板2内部，所述动力控制装置与中心轴连接用于控制驱动MRFs载液板4，所述测试装置设置于中心轴上用于测试MRFs载液板发生的相对剪切应变信号，所述剪切应变信号输入到数据处理系统中进行处理分析。所述MRFs载液板4上设置有上流道MRFs载液槽32和下流道MRFs载液槽33，所述上、下流道MRFs载液槽为同心轴，使得MRFs载液板上设置的磁流变液槽中的磁流变液在设置于磁铁载板中的磁场的作用下剪切变化。所述磁铁载板2包括第一磁铁载板21、第二磁铁载板22分别活动设置于立柱I上，所述第一磁铁载板21和第二磁铁载板22合在一起时配合形成一整体磁铁载板，所述第一磁铁载板包括磁铁载板A23和磁铁载板B24,所述磁铁载板A23和磁铁载板B24重叠设置于立柱上，所述第二磁铁载板22包括磁铁载板C25和磁铁载板D26,所述磁铁载板C25和磁铁载板D26重叠设置于立柱I上。所述测试装置包括应变测试装置3和数字应变仪接口 7 ;所述应变测试装置3包括固定部分和转子部分，所述固定部分同轴设置于中心轴上，所述转子部分上设置有用于测量转子部分所需转矩的剪应变传感器，所述剪应变传感器通过设置于转子部分上的数字应变仪接口与数字应变仪连接。所述动力控制装置包括动力装置5和转速控制器6，所述动力装置5和转速控制器6连接，所述转速控制器与中心轴连接。所述转速控制器通过调节频率来实现对转速的连续控制。还包括若干强磁铁块，所述强磁铁块设置于磁铁载板中用于通过叠加强磁铁块来进行磁场控制。所述MRFs载液槽及转子采用青铜制备而成，所述上、下流道MRFs载液槽的厚度均为1mm，所述上、下流道MRFs载液槽的工作区域宽度为Φ60 Φ80。设置上、下流道MRFs载液槽的目的是该上、下流道MRFs载液槽呈对称状，可以防止一面液固摩擦，一面固固摩擦；同时还可以避免载液板转动盘与磁铁载板发生干涉，可以起到载液板转动盘与载液板不平行时的微调作用。本发明提供的MRFs测试装置的测试方法，包括以下步骤
51:组装MRFs测试装置，装载磁流变液MRFs，将强磁铁块安装至磁铁载板的工作区域；所述强磁铁块是由低磁场至高磁场进行设置的；
52:接通MRFs测试装置的电源，调整应变测试装置中转子部分的转速；所述转子部分的转速是由低速逐步至高速运转；
53:测试磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力；
54:更换强磁铁块后，重复进行磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力的测试；
55:直到满足测试要求则结束，拆卸强磁铁块，并清洗上、下流道MRFs载液槽。 其中转子部分的角速度，由电机加以控制。其中动力部分采用交流伺服电机，额定功率150W，转速0_150r/min，保证剪应变率的连续控制。当电机转速稳定时，保持转子处于平衡匀速状态运转所需的转矩，通过转子的剪应变传感装置可测量转子所需的转矩M。下面介绍转子的剪应变传感装置的设计及有限元验证。要想测定转子的转矩，可在转子同心轴上方建立一个薄壁圆筒结构，再粘贴应变片，通过数字应变仪读出转子转矩所对应薄壁圆筒的应变。应用有限元软件Abaqus对剪切装置进行分析并加以优化，应变分析结果如图7、8所示，图7为分析前的网格图；图8为分析后的线性关系图。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于包括立柱、磁铁载板、MRFs载液板、测试装置、动力控制装置和数据处理系统， 所述磁铁载板活动设置于立柱上，所述MRFs载液板的中心轴设置有支架，所述MRFs载液板设置于磁铁载板内部，所述动力控制装置与中心轴连接用于控制驱动MRFs载液板，所述测试装置设置于中心轴上用于测试MRFs载液板发生的相对剪切应变信号，所述剪切应变信号输入到数据处理系统中进行处理分析。
2.根据权利要求I所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于所述MRFs载液板上设置有上流道MRFs载液槽和下流道MRFs载液槽，所述上、下流道MRFs载液槽为同心轴。
3.根据权利要求2所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于所述磁铁载板包括第一磁铁载板、第二磁铁载板分别活动设置于立柱上，所述第一磁铁载板和第二磁铁载板合在一起时配合形成一整体磁铁载板，所述第一磁铁载板包括磁铁载板A和磁铁载板B，所述磁铁载板A和磁铁载板B重叠设置于立柱上，所述第二磁铁载板包括磁铁载板C和磁铁载板D，所述磁铁载板C和磁铁载板D重叠设置于立柱上。
4.根据权利要求3所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于所述测试装置包括应变测试装置和数字应变仪接口 ；所述应变测试装置包括固定部分和转子部分，所述固定部分同轴设置于中心轴上，所述转子部分上设置有用于测量转子部分所需转矩的剪应变传感器，所述剪应变传感器通过设置于转子部分上的数字应变仪接口与数字应变仪连接。
5.根据权利要求4所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于所述动力控制装置包括动力装置和转速控制器，所述动力装置和转速控制器连接，所述转速控制器与中心轴连接。
6.根据权利要求5所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于还包括若干强磁铁块，所述强磁铁块设置于磁铁载板中用于通过叠加强磁铁块来进行磁场控制。
7.根据权利要求6所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置，其特征在于所述MRFs载液槽及转子采用青铜制备而成，所述上、下流道MRFs载液槽的厚度均为1mm，所述上、下流道MRFs载液槽的工作区域宽度为0
8.双流道磁流变液MRFs特性测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤 51:组装MRFs测试装置，装载磁流变液MRFs，将强磁铁块安装至磁铁载板的工作区域； 52:接通MRFs测试装置的电源，调整应变测试装置中转子部分的转速； 53:测试磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力； 54:更换强磁铁块后，重复进行磁流变液MRFs剪应变率和MRFs剪应力的测试； 55:直到满足测试要求则结束。
9.根据权利要求8所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置的测试方法，其特征在于所述步骤SI中强磁铁块是由低磁场至高磁场进行设置的；所述步骤S2中转子部分的转速是由低速逐步至高速运转。
10.根据权利要求8所述的双流道磁流变液MRFs特性测试装置的测试方法，其特征在于所述步骤S5实验结束后，拆卸强磁铁块，并清洗上、下流道MRFs载液槽。
全文摘要
本发明公开了一种双流道磁流变液MRFs特性测试装置及测试方法，包括立柱、磁铁载板、MRFs载液板、测试装置、动力控制装置和数据处理系统，磁铁载板活动设置于立柱上，MRFs载液板的中心轴设置有支架，与动力控制装置连接，测试装置用于测试MRFs载液板发生的相对剪切应变信号，并输入到数据处理系统中进行处理分析。本发明采用设置有上、下流道MRFs载液槽的双流道磁流变液测试装置，通过磁铁载板设置的强磁铁块来提供离散型磁场，其磁场范围0-6000Gs,分5段离散控制，剪应变率持续可调，剪应变及测试装置量程较大，精度较高，可实现MRFs剪应变率和MRFs剪应力测试，该装置较现有的设备，成本大幅度降低，经济适用。
文档编号G01N11/00GK102759498SQ20121027084
公开日2012年10月31日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者孙虎, 彭向和, 李敬之, 李海涛, 焦淑平, 许长兴 申请人:重庆大学