CN109899439A - 一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶领域，公开了一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，包括电磁调控模块和装置阻抗模块；装置阻抗模块，包括托板、隔磁套筒、磁流变液基液、过滤膜、磁性颗粒、形状记忆合金弹簧、第一导线、密封圈、第二导线和形状记忆合金外壳；电磁调控模块包括连接架、上支架、下支架、导电滑片、导电线圈、导向管和电源；本发明将吸能缓释原理与刚性阻挡原理结合利用，抗冲击能力强；磁流变液屈服强度极高，响应速度快，无毒无异味不挥发，工作中发生破损，不会对所保护设备造成伤害；杂质干扰对本发明影响小，满足船舰在海洋上遭遇的各种恶劣情况使用要求；本发明可靠性高，易于规模化生产，便于组装替换，能够对抗连续冲击。

Description

一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置

技术领域

本发明属于船舶领域，尤其涉及一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置。

背景技术

磁流变液简称MR流体，属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。

1948年Rabinow首先提出了磁流变液的概念。它是将微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体中形成的悬浮液。在零磁场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间内表观粘度增加两个数量级以上,并呈现类固体特性；而且这种变化是连续的、可逆的,即去掉磁场后又恢复到原来的状态。然而，从50年代到80年代期间,由于没有认识到它的剪切应力的潜在性以及存在悬浮性、腐蚀性等问题，磁流变液发展一直非常缓慢。进入90年代,随着制备技术的提高，磁流变液研究重新焕发了生，成为当前智能材料研究领域的一个重要分支。

目前国外已有十几个国家投巨资，对该项目进行加速研究和开发，竞相发展这一技术。美国LORD公司的Carlson和Weiss等人在磁流变液性能研究和应用开发方面取得了较为突出的成就，使LORD公司在国际上第一个推出商用磁流变器。美国加州州立大学的Zhu和Liu等人对磁流变液的流变学，特别是微观结构进行了大量深入的研究。美国NotreDame大学的Dyke和Spencer等人将磁流变液阻尼器用于大型结构地震响应的控制。另外，白俄罗斯传热传质研究所的Kordonski等人在磁流变液的抛光和密封应用方面取得了较大的进展。德国Kormann等人在对颗粒直径、表面层等作了适当修饰改进后,已研制出稳定的纳米级磁流变液,在0.2T的中等磁场作用下，屈服应力可达4kPa。我国的磁流变液研究工作起步较晚，近几年来国内先后有中国科技大学、复旦大学、重庆大学、西北工业大学、中科院物理所、重庆材料研究院等数十家科研机构和院校也都相继开展此方面的研究工作。随着研究的深入和MRF性能的提高，该技术开始在机械工程、汽车工程、控制工程、精密仪器加工及航空航天等领域得到初步的应用，已显示了巨大的市场应用潜力。

近些年来随着我国航海领域的空前发展，国家对船舰规模和舰载设备先进程度的要求前所未有的提高。随着船舰上安装的精密贵重设备越来越多，对它们的保存防护问题就变得十分重要。现如今，舰载设备防护技术发展主要有4个方向：1.冲击波的阻挡；2.冲击波的转移；3.冲击波的耗散；4.冲击波的缓释。阻挡技术：是硬碰硬的办法，前提是舰船的空间重量足以容纳厚重的防护结构；转移技术:引导冲击荷载向船体处部或非重点部位转移；耗能技术:将冲击荷载能量变为热能耗散；吸能缓释技术:利防护结构材料的大变形将高幅值短脉中的冲击荷载吸收转变成低幅值长脉冲的荷载。然而现有的防护技术的运用原理过于单一，很少能将几个方向结合起来应用，难有突破性质的飞跃发展。而目前对于磁流变液的应用，仅限于安装在交通领域和航空航天领域的小型减震装置中，对于磁流变液在磁场作用下展现的类固体性质应用的并不充分，尤其在航海仪器防护技术领域的应用更是少之又少。

发明内容

本发明的目的在于公开节能、抗冲击能力强、可靠性高的一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，包括电磁调控模块和装置阻抗模块；

装置阻抗模块，包括托板2、隔磁套筒3、磁流变液基液4、过滤膜6、磁性颗粒7、形状记忆合金弹簧8、第一导线10、密封圈11、第二导线12和形状记忆合金外壳101；

隔磁套筒3固定在形状记忆合金外壳101内，形状记忆合金外壳101的外表面具有单元拼装接口102，形状记忆合金外壳101上开有放置腔孔道103和工作腔孔道104；托板2的四个侧边安装有密封圈11，托板2上开有导液孔道5，导液孔道5上覆盖过滤膜6，托板2为绝缘材料；磁流变液基液4位于托板2与隔磁套筒3的底部之间，磁性颗粒7位于托板2与形状记忆合金外壳101上表面之间；形状记忆合金弹簧8包括第一弹簧与第二弹簧，第一弹簧与第二弹簧平行等长，第一弹簧与第二弹簧的一端相互连接并固定在托板2上，第一弹簧的另一端连接第一导线10并固定在隔磁套筒3的底面，第二弹簧的另一端连接第二导线12并固定在隔磁套筒3的底面；

电磁调控模块包括连接架901、上支架902、下支架903、导电滑片904、导电线圈905、导向管906和电源。

上支架902和下支架903固定在隔磁套筒3的外侧，导向管906的两端分别固定在上支架902和下支架903上，导电线圈905缠绕在导向管906上，导电线圈905的下端紧贴下支架903，导电滑片904活动地卡在导向管906上，导向管906为绝缘材料，连接架901为L形，连接架901的水平段固定在托板2边缘，连接架901的竖直段的端部与导电滑片904固定连接，电源的一个电极与第二导线12连接，电源的另一个电极与导电滑片904连接；第一导线10的另一端连接导电线圈905的靠近下支架903的那一端。导电线圈905缠绕长度小于导线管906的长度。

本发明的有益效果为：

本发明将吸能缓释原理与刚性阻挡原理结合利用，抗冲击能力强；磁流变液在磁场作用下剪切屈服强度极高，优于传统抗冲击材料，且响应速度快，可以达到毫秒级，灵敏度极高且无毒无异味不挥发，工作中发生破损，不会对所保护设备造成伤害，不会危害维修人员的身体健康，更不会对海洋生态环境造成化学污染；杂质干扰对本发明影响小，在相当大的温度范围内具有极高的稳定性，满足船舰在海洋上遭遇的各种恶劣情况使用要求；依靠过滤薄膜将基液与磁性颗粒隔离，只在工作时基液由于挤压作用通过导液孔道与磁性颗粒混合为磁流变液，降低磁流变液的使用率，利于磁流变液的长久储存，保证装置的可靠性，延长装置的使用寿命；本发明易于规模化生产，便于组装、替换；本发明能够对抗连续冲击。

附图说明

图1是一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置剖面图；

图2是一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置的托板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步描述本发明：

如图1，一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，包括电磁调控模块和装置阻抗模块；

装置阻抗模块，包括托板2、隔磁套筒3、磁流变液基液4、过滤膜6、磁性颗粒7、形状记忆合金弹簧8、第一导线10、密封圈11、第二导线12和形状记忆合金外壳101；

隔磁套筒3固定在形状记忆合金外壳101内，形状记忆合金外壳101的外表面具有单元拼装接口102，形状记忆合金外壳101上开有放置腔孔道103和工作腔孔道104；如图2，托板2的四个侧边安装有密封圈11，密封圈11是为了防止磁流变液基液4泄漏；托板2上开有导液孔道5，导液孔道5上覆盖过滤膜6，托板2为绝缘材料；磁流变液基液4位于托板2与隔磁套筒3的底部之间，能够随着形状记忆合金外壳101的形变与隔磁套筒3发生相对移动；磁性颗粒7位于托板2与形状记忆合金外壳101上表面之间；形状记忆合金弹簧8包括第一弹簧与第二弹簧，第一弹簧与第二弹簧平行等长，第一弹簧与第二弹簧的一端相互连接并固定在托板2上，第一弹簧的另一端连接第一导线10并固定在隔磁套筒3的底面，第二弹簧的另一端连接第二导线12并固定在隔磁套筒3的底面；

电磁调控模块包括连接架901、上支架902、下支架903、导电滑片904、导电线圈905、导向管906和电源。

上支架902和下支架903固定在隔磁套筒3的外侧，导向管906的两端分别固定在上支架902和下支架903上，导电线圈905缠绕在导向管906上，导电线圈905的下端紧贴下支架903，导电滑片904活动地卡在导向管906上，导向管906为绝缘材料，连接架901为L形，连接架901的水平段固定在托板2边缘，连接架901的竖直段的端部与导电滑片904固定连接，当托板向下移动时，能够带动连接架向下移动，使导电滑片904在导电线圈905上移动，这就改变了接入电路的电阻的大小，也调整了磁场大小；电源的一个电极与第二导线12连接，电源的另一个电极与导电滑片904连接；第一导线10的另一端连接导电线圈905的靠近下支架903的那一端。导电线圈905缠绕长度小于导线管906的长度。

工作中，若冲击荷载较小，仅仅依靠形状记忆合金弹簧8产生的压缩形变，就能做到吸收缓解冲击作用；

若冲击荷载继续增大，超过形状记忆合金弹簧8单独作用时的极限值，托板2下压接触磁流变基液4，基液由于挤压作用透过过滤膜6通过导液孔道5迅速与磁性颗粒7混合成磁流变液。并且托盘2在移动的时候将会带动导电滑片904接通电路并改变电阻大小，从而控制在形状记忆合金弹簧8产生的磁场强弱。磁流变液在磁场作用下表现出类固体性质，于放置腔内阻挡形状记忆合金弹簧8未缓释掉的冲击荷载。

当冲击荷载消失后，形状记忆合金弹簧8和形状记忆合金外壳101迅速回到初始状态，导电滑片904向上移动，电路断开磁场消失，磁流变液基液4与磁性颗粒分开，整个装置进入对下一次冲击进行准备的状态。

与现有技术相比，本发明将吸能缓释原理与刚性阻挡原理结合利用，抗冲击能力强；磁流变液在磁场作用下剪切屈服强度极高，优于传统抗冲击材料，且响应速度快，可以达到毫秒级，灵敏度极高且无毒无异味不挥发，工作中发生破损，不会对所保护设备造成伤害，不会危害维修人员的身体健康，更不会对海洋生态环境造成化学污染；杂质干扰对本发明影响小，在相当大的温度范围内具有极高的稳定性，满足船舰在海洋上遭遇的各种恶劣情况使用要求；依靠过滤薄膜将基液与磁性颗粒隔离，只在工作时基液由于挤压作用通过导液孔道与磁性颗粒混合为磁流变液，降低磁流变液的使用率，利于磁流变液的长久储存，保证装置的可靠性，延长装置的使用寿命；本发明易于规模化生产，便于组装、替换；本发明能够对抗连续冲击。

以上所述并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，其特征在于：包括电磁调控模块和装置阻抗模块；

装置阻抗模块，包括托板(2)、隔磁套筒(3)、磁流变液基液(4)、过滤膜(6)、磁性颗粒(7)、形状记忆合金弹簧(8)、第一导线(10)、密封圈(11)、第二导线(12)和形状记忆合金外壳(101)；隔磁套筒(3)固定在形状记忆合金外壳(101)内，托板(2)的四个侧边安装有密封圈(11)，托板(2)上开有导液孔道(5)，导液孔道(5)上覆盖过滤膜(6)；磁流变液基液(4)位于托板(2)与隔磁套筒(3)的底部之间，磁性颗粒(7)位于托板(2)与形状记忆合金外壳(101)上表面之间；形状记忆合金弹簧(8)包括第一弹簧与第二弹簧，第一弹簧与第二弹簧的一端相互连接并固定在托板(2)上，第一弹簧的另一端连接第一导线(10)并固定在隔磁套筒(3)的底面，第二弹簧的另一端连接第二导线(12)并固定在隔磁套筒(3)的底面；

电磁调控模块包括连接架(901)、上支架(902)、下支架(903)、导电滑片(904)、导电线圈(905)、导向管(906)和电源；上支架(902)和下支架(903)固定在隔磁套筒(3)的外侧，导向管(906)的两端分别固定在上支架(902)和下支架(903)上，导电线圈(905)缠绕在导向管(906)上，导电线圈(905)的下端紧贴下支架(903)，导电滑片(904)活动地卡在导向管(906)上；连接架(901)为L形，连接架(901)的水平段固定在托板(2)边缘，连接架(901)的竖直段的端部与导电滑片(904)固定连接；电源的一个电极与第二导线(12)连接，电源的另一个电极与导电滑片(904)连接；第一导线(10)的另一端连接导电线圈(905)的靠近下支架(903)的那一端。

2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，其特征在于：所述的形状记忆合金外壳(101)的外表面具有单元拼装接口(102)，形状记忆合金外壳(101)上开有放置腔孔道(103)和工作腔孔道(104)。

3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，其特征在于：所述的托板(2)和导向管(906)为绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，其特征在于：所述的第一弹簧与第二弹簧平行等长。

5.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金与磁流变液复合的舰载仪器抗冲击装置，其特征在于：所述的导电线圈(905)的缠绕长度小于导线管(906)的长度。