CN100424793C - 嵌入式磁流变液智能材料夹层结构 - Google Patents
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Abstract
一种磁流变液智能材料夹层结构，属智能材料结构。该结构包括磁流变液(4)、产生磁场的励磁线圈(2)、上、下夹层梁(1)。磁流变液和产生磁场的励磁线圈嵌入在上、下夹层梁基体结构的内部，磁流变液、产生磁场的励磁线圈及基体材料合为一体。通过改变输入电流的大小，即可改变结构的刚度和阻尼。本项发明解决了磁场内置的问题，实现了磁流变液、产生磁场的励磁线圈及基体材料的一体化，制成了可实用的磁流变液智能夹层结构。该智能结构能用于航空航天、机械、土木等工程领域，能对结构系统的性能进行主动或半主动地控制。
Description
一、技术领域
本发明的嵌入式磁流变液智能材料夹层结构，属智能材料结构。
二、背景技术
智能材料结构能借助于外界能量改变自身的刚度特性和阻尼特性，以适应外界环境的变化，保证结构性能稳定在较好的状态。同时，智能结构也能根据需要主动地改变性能，对结构的动特性、动响应及动稳定性进行主动或半主动控制。因而，智能材料结构在航空航天、机械、土木等工程技术领域已受到广泛的重视。
磁流变液是一种流变特性可控、可变的智能材料，在磁场作用下能在毫秒级的时间内由液体变成类固体状态，这个过程中维持磁场的能耗低、流变材料的表观粘度增加显著。因此，由磁流变液制成的阻尼器件在外界激励下具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调的特点，是控制结构振动及稳定性的理想元件。目前，国际上已研制成功的磁流变阻尼器已经在汽车悬挂系统、假肢、卡车座椅、桥梁斜拉锁以及海洋平台等减振方面得到了初步应用。
将可控的磁流变液复合封闭在结构中，制成梁、板、杆、盘等智能构件，是一种新的智能材料结构。改变磁场强度就可以改变磁流变液的剪切和压缩/拉伸弹性模量，从而对复合构件的刚度和阻尼加以控制，从而改变结构的振动特性。目前，国内外仅在实验室做了一些原理性的实验，将磁流变液封闭在结构中，在结构外部加永久磁场进行实验，效果较好。但是，外加磁场与结构不为一体，使这种智能结构不能得到实际使用。
三、发明内容
本发明目的在于提供一种将磁流变液、产生磁场的励磁线圈及基体材料合为一体的、结构刚度和阻尼随外加电流变化的智能材料夹层结构。
本发明的嵌入式磁流变液智能材料夹层结构，包括磁流变液，励磁线圈，上、下两个夹层梁，所述上、下两个夹层梁内均对称地并列8个“回”形线圈槽。“回”形线圈槽侧面有布线槽，上、下两个夹层梁两端各有一个螺钉孔。上、下两个夹层梁两端分别还有一个注液孔；所述励磁线圈分别嵌入8个“回”形线圈槽内，每个励磁线圈的正、负极引线沿着“回”形线圈槽侧面的布线槽从上、下两个夹层梁的端部引出；所述磁流变液通过上夹层梁两端的两个注液孔注入到上、下两个夹层梁的内腔中，上、下两个夹层梁通过两端的螺钉孔用螺钉连接，并将上、下两个夹层梁四周密封。
本发明由于将磁流变液、励磁线圈均嵌入到由铁镍合金制成的上、下两个夹层梁的内腔中，合成一体，实现了磁流变液、励磁线圈和上、下夹层梁基体材料的一体化；而且由励磁线圈产生的磁力线经上夹层梁穿过磁流变液至下夹层梁形成闭合磁路，这种磁路结构的磁路短、所需磁势低、线圈匝数少、体积小、产生的磁场足够使磁流变液完成相变。因此，只要通过改变输入励磁线圈励磁电流的大小，即可改变结构的刚度和阻尼。
四、附图说明
图1是磁流变液智能材料夹层结构原理图，图2是夹层梁结构示意图。其中图2的上图为主视图，图2的下图为俯视图。图1与图2的标号名称：1夹层梁、2励磁线圈、3磁力线、4磁流变液、5注液孔、6螺钉孔、7线圈槽、8布线槽。
五、具体实施方式
图1是磁流变液智能材料夹层结构原理图，图2是夹层梁结构示意图。根据附图叙述本发明的具体结构及实施步骤：
具体结构：
本发明的具体结构是，励磁线圈2嵌入上、下夹层1内侧的“回”形线圈槽7内，磁流变液4通过上夹层梁两端的注液孔5注入到上、下夹层梁1的内腔中。上、下夹层梁通过两端的螺钉孔6用螺钉连接，励磁线圈2的正、负极引线沿夹层梁“回”形线圈槽侧面的布线槽8从夹层梁端部引出。由导磁材料制成的上、下夹层梁和磁流变液组成磁路，即励磁线圈2产生的磁力线3由上夹层梁→穿过磁流变液4→下夹层梁→再穿过磁流变液4→上夹层梁形成闭合回路。
(二)实施步骤：
根据图1和图2进行磁流变液智能材料夹层结构的布局设计、线圈安装方式、磁流变液放置内腔设计；
设计励磁线圈，确定线圈的大小、线圈匝数、线圈工作电压、电阻值、查漆包线直径等；
线圈磁通量计算，线圈加工。
选择基体材料，进行材料的磁导率、磁感应强度计算，夹层结构加工。
将线圈放置在夹层结构内，线圈导线沿布线槽引出，上下夹层用螺钉固紧。
从注液孔用注射器将磁流变液注入夹层梁内，用硅胶密封。
将线圈导线接到直流电源，改变电流大小，即可改变结构刚度与阻尼。
六、有益效果
对研制的磁流变液智能夹层结构，已在实验室成功地完成了两端简支和一端自由/一端固支的结构振动响应实验。在直流电流强度分别为0A、0.5A、1A、1.5A和2A时，结构对脉冲响应的衰减逐渐加快，而且加快的程度较大，表明电流加大时，结构内的磁流变液的粘性加大，结构的阻尼加大。同时，经过对测量信号的分析，随着外加电流的加大，结构的频率也有所提高。
本项发明解决了磁场内置的问题，实现了磁流变液、产生磁场的励磁线圈及基体材料的一体化，制成了可实用的磁流变液智能夹层结构。
该智能结构能用于航空航天、机械、土木等工程领域，能对结构系统的性能进行主动或半主动地控制。
Claims (1)
- 一种磁流变液智能材料夹层结构，其特征在于，包括磁流变液(4)，励磁线圈(2)，上、下两个夹层梁(1)，所述上、下两个夹层梁(1)内侧均对称地并列8个“回”形线圈槽(7)，“回”形线圈槽(7)侧面有布线槽(8)，上、下两个夹层梁(1)两端各有一个螺钉孔(6)，上、下两个夹层梁两端分别还有一个注液孔(5)；所述励磁线圈(2)分别嵌入8个“回”形线圈槽(7)内，每个励磁线圈的正、负极引线沿着“回”形线圈槽(7)侧面的布线槽(8)从上、下两个夹层梁(1)的端部引出；所述磁流变液(4)通过上夹层梁两端的两个注液孔(5)注入到上、下两个夹层梁的内腔中，上、下两个夹层梁通过两端的螺钉孔(6)用螺钉连接，并将上、下两个夹层梁四周密封。
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