CN112016805B - 一种磁流变液性能评价方法及系统 - Google Patents

一种磁流变液性能评价方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能材料技术领域，公开了一种磁流变液性能评价方法，通过分别对磁流变液的接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值赋以相应的权重系数，再配合磁流变液的载液的粘度值和载液的屈服应力值，最终获得磁流变液的性能评价指标，因此，本发明综合考虑了磁流变液的接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值，得到系统且科学的性能评价指标，并通过性能评价指标对不同配制的磁流变液进行合理的性能评价，从而便于根据不同的应用场景选用不同的磁流变液，进而大大提升了磁流变液的使用效率。本发明还公开了一种磁流变液性能评价系统，用于实施上述的磁流变液性能评价方法。

Description

一种磁流变液性能评价方法及系统
技术领域
本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种磁流变液性能评价方法及系统。
背景技术
磁流变液作为一种性能可控、低耗能、出力大、及反应快的新型流体智能材料，正在快速崛起，并受到了众多学者的广泛关注。在零磁场情况下，磁流变液如同牛顿流体一样，具有良好的流动性，当在强磁场状态时，能在毫秒级内增加两个数量级的粘度，并立刻呈现出类固体特征，且转化强度随着磁场强度的增大而增加，成正相关。将磁流变液应用于器件中，通过改变外加磁场的磁场强度来改变流体的应力，从而可以改变整个结构的刚度、强度，做到自动调节，并已运用于阻尼器、制动器、桥梁及建筑物的震动吸收装置、光学元件的表面抛光装置、医用器件等设备中。
目前，不同配制的磁流变液的性能评价都是对其本身的某种单一性能进行检测，再通过检测结果确定，这些单一性能包括磁流变液的粘度、屈服应力等。
但现有评价方式的问题在于，由于未考虑磁流变液的应用场景较多且复杂，所以现有的评价方式显得简单粗暴，使得不能很好的根据应用场景的需要对磁流变液进行科学的评价以便对不同配制的磁流变液进行选用，导致磁流变液在使用中经常出现质量过剩或不足，从而降低了磁流变液的使用效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁流变液性能评价方法，该方法突破了评价磁流变液性能没有系统且科学的综合指标的现状，根据该评价方法能够对不同配制的磁流变液进行合理的性能评价，从而便于根据不同的应用场景选用不同的磁流变液，进而大大提升了磁流变液的使用效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为:
一种磁流变液性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤S1：获取磁流变液中的载液粘度和载液屈服应力值;
步骤S2：获取磁流变液中的铁磁颗粒的接触角;
步骤S3：获取磁流变液的摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值;
步骤S4：根据接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值获取摩擦权重系数、粘度权重系数、屈服权重系数以及润湿权重系数;
步骤S5:根据下述公式获取磁流变液性能评价指标I的拟合公式:
Figure SMS_1
其中，A为摩擦系数，B为零场粘度值，C为屈服应力值，D为接触角，α为摩擦权重系数，β为粘度权重系数，γ为屈服权重系数，λ为润湿权重系数，X为载液粘度，Y为载液屈服应力值;
步骤S6:根据磁流变液性能评价指标对磁流变液进行评价。
优选地，步骤S2包括以下子步骤:
步骤S2-1:将磁流变液中的铁磁颗粒压成铁磁样片;
步骤S2-2:通过接触角测量仪对铁磁样片进行测量，从而获取接触角。
优选地，步骤S4包括以下子步骤:
步骤S4-1:根据对磁流变液性能的影响程度对接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值进行排序，从而得到性能影响因素序列。
步骤S4-2:根据性能影响因素序列通过层次分析法获取摩擦权重系数、粘度权重系数、屈服权重系数以及润湿权重系数。
优选地，磁流变液由铁磁颗粒、载液以及润滑剂组成，铁磁颗粒为表面活化的羟基铁粉。
优选地，载液为二甲基硅油，润滑剂为油酸、氢化蓖麻油、石墨、二硫化钼、氮化硼以及聚四氟乙烯中的任意一种。
优选地，铁磁颗粒的制备步骤为:
步骤T1：对羟基铁粉进行干燥处理得到干燥羟基铁粉;
步骤T2：将硅烷偶联剂和有机膨润土加入异丙醇溶剂中得到活化溶液;
步骤T3：将干燥羟基铁粉加入活化溶液中得到混合溶液;
步骤T4：将混合溶液通过球磨机球磨预定时间后进行球液分离，得到
悬浊液;
步骤T5：将悬浊液进行真空干燥，得到表面活化的羟基铁粉，作为铁磁颗粒。
优选地，在步骤T4中，预定时间为8至16小时。
本发明还提供了一种磁流变液性能评价系统，用于实施上述的磁流变液性能评价方法，包括：参数采集部，包括第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元以及第四采集单元；存储器，用于存储分析评价程序；处理器，与参数采集部和存储器均信号连接，处理器用于执行分析评价程序；以及显示器，与处理器信号连接，第一采集单元用于采集接触角，第二采集单元用于采集摩擦系数，第三采集单元用于采集零场粘度值，第四采集单元用于采集屈服应力值，
分析评价程序包括第一调用程序、第二调用程序、第三调用程序以及第四调用程序、拟合公式存储程序，第一调用程序用于调用接触角，第二调用程序用于调用摩擦系数，第三调用程序用于调用零场粘度值，第四调用程序用于调用屈服应力值，拟合公式存储程序存储有磁流变液性能评价指标I的拟合公式:
Figure SMS_2
，
处理器通过拟合公式得到磁流变液性能评价指标I，显示器用于对磁流变液性能评价指标I进行数值显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1.因为本发明的磁流变液性能评价方法通过分别对磁流变液的接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值赋以相应的权重系数，再配合磁流变液的载液的粘度值和载液的屈服应力值，最终获得磁流变液的性能评价指标，因此，本发明综合考虑了磁流变液的接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值，得到系统且科学的性能评价指标，并通过性能评价指标对不同配制的磁流变液进行合理的性能评价，从而便于根据不同的应用场景选用不同的磁流变液，进而大大提升了磁流变液的使用效率。
2.因为本发明的与接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值相应的权重系数是根据其对磁流变液性能的影响程度通过层次分析法得到的，因此，与接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值相应的权重系数的确定更加科学、准确。
附图说明
图1为本发明的实施例的磁流变液制备流程图;
图2为本发明的实施例的磁流变液性能评价方法步骤示意图;
图3为本发明的实施例的铁磁颗粒的制备步骤示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的磁流变液性能评价方法作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，本实施例中的磁流变液的制备流程为：将羟基铁粉、表面活性剂、触发剂以及溶剂混合后再通过机械均匀搅拌、高速球磨球磨后，通过真空干燥，得到表面活化的羟基铁粉，在本实施例中，表面活性剂为硅烷偶联剂，触发剂为有机膨润土或者纳米二氧化硅。
将载液、表面活化的羟基铁粉以及润滑剂混合后通过球磨机高速球磨后
得到磁流变液，在本实施例中，载液为二甲基硅油，润滑剂为油酸、氢化蓖麻油、石墨、二硫化钼、氮化硼以及聚四氟乙烯中的任意一种。
在大部分应用场景下，磁流变液的性能主要体现在其摩擦磨损性和抗沉降稳定性。
不同性能磁流变液的不同在于润滑剂的不同（包括润滑剂含量为零的情况）和磁流变液中润滑剂的质量分数的不同。
如图2所示，本实施例中的磁流变液性能评价方法S100,包括以下步骤:
步骤S1：获取磁流变液中的载液粘度和载液屈服应力值，在本实施例中，流变液中的载液粘度为500CS,载液屈服应力值为3.34Kpa。
步骤S2：获取磁流变液中的铁磁颗粒的接触角。
具体地，铁磁颗粒为表面活化的羟基铁粉。
如图3所示，铁磁颗粒的制备步骤为:
步骤T1：对羟基铁粉进行干燥处理，除去其表面的吸附水，从而得到干燥羟基铁粉。
步骤T2：以硅烷偶联剂为表面活性剂和以机膨润土为触发剂，将其加入以异丙醇溶剂中搅拌均匀，得到活化溶液。
步骤T3：将干燥羟基铁粉加入活化溶液中，充分搅拌，得到混合溶液。
步骤T4：将混合溶液通过球磨机球磨预定时间，球磨结束后，进行球液分离，得到悬浊液，在本实施例中，预定时间为8至16小时。
步骤T5：将悬浊液进行真空干燥，去除异丙醇，烘干，得到表面活化的羟基铁粉，作为铁磁颗粒。
步骤S2分为以下两个子步骤:
步骤S2-1:将磁流变液中的铁磁颗粒放入相应模具中，通过压缩成型压
成铁磁样片。
步骤S2-2:通过接触角测量仪对铁磁样片进行测量，从而获取接触角，
在本实施例中，接触角测量仪优选为DAS25标准接触角测量仪。
步骤S3：获取磁流变液的摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值，一般地，摩擦系数体现出该磁流变液的摩擦磨损性，而接触角、零场粘度值以及屈服应力值体现出该磁流变液的抗沉降稳定性，在本实施例中，摩擦系数通过多功能摩擦磨损试验机进行测量，零场粘度值通过数字旋转粘度计进行测量。
步骤S4：根据接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值获取摩擦权重系数、粘度权重系数、屈服权重系数以及润湿权重系数。
步骤S4-1:根据对磁流变液性能的影响程度对接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值进行排序，从而得到性能影响因素序列，在本实施例中，基于本领域的大量实践证明，性能影响因素序列的排序应为：摩擦系数大于零场粘度值，零场粘度值大于屈服应力值，屈服应力值大于接触角。
步骤S4-2:根据性能影响因素序列通过层次分析法获取摩擦权重系数、粘度权重系数、屈服权重系数以及润湿权重系数，在本实施例中，通过层次分析法最终得到的摩擦权重系数为0.4，粘度权重系数为0.3，屈服权重系数为0.2，润湿权重系数为0.1。
步骤S5:根据下述公式获取磁流变液性能评价指标I的拟合公式:
Figure SMS_3
其中，A为摩擦系数，B为零场粘度值，C为屈服应力值，D为接触角，α为摩擦权重系数，β为粘度权重系数，γ为屈服权重系数，λ为润湿权重系数，X为载液粘度，Y为载液屈服应力值;
磁流变液性能评价指标的优点在于：首先摩擦系数分项（1-A）α本身就是无量纲分项，其次零场粘度值分项βB/X和屈服应力值分项γC/Y两项均为无量纲分项，再次，接触角分项（90-D）λ/90也为无量纲分项。如此，磁流变液性能指标
Figure SMS_4
为无量纲值。
步骤S6:根据磁流变液性能评价指标对磁流变液进行评价，当
Figure SMS_5
越大，说明该磁流变液的摩擦性和抗沉降稳定性具有良好的特性，即说明该磁流变液的性能越好。
本实施例中的磁流变液性能评价系统，用于实施上述磁流变液性能评价方法，其特征在于，包括:
参数采集部，包括第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元以及第四采集单元。
存储器，用于存储分析评价程序。
处理器，与参数采集部和存储器均信号连接，处理器用于执行分析评价程序；以及
显示器，与处理器信号连接。
第一采集单元用于采集接触角，第二采集单元用于采集摩擦系数，第三采集单元用于采集零场粘度值，第四采集单元用于采集屈服应力值，在本实施例中，第一采集单元包括标准接触角测量仪，通过该标准接触角测量仪对磁流变液的接触角进行采集，第二采集单元包括摩擦磨损试验机，通过该摩擦磨损试验机对磁流变液的摩擦系数进行采集、第三采集单元包括数字旋转粘度计，通过该数字旋转粘度计对磁流变液的零场粘度值进行采集，第四采集单元包括屈服应力测量仪，通过该屈服应力测量仪对磁流变液的屈服应力值进行采集。
分析评价程序包括第一调用程序、第二调用程序、第三调用程序以及第四调用程序、拟合公式存储程序。
第一调用程序用于调用接触角，第二调用程序用于调用摩擦系数，第三调用程序用于调用零场粘度值，第四调用程序用于调用屈服应力值。
拟合公式存储程序存储有磁流变液性能评价指标I的拟合公式:
Figure SMS_6
,
在本实施例中，X为500CS，Y为3.34Kpa。
处理器通过调用接触角、摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值并代入拟合公式中进行计算，得到磁流变液性能评价指标I，并输出对应的显示信号。
显示器用于对磁流变液性能评价指标I进行数值显示，即将显示信号以数值的形式进行显示，显示的结果用于对相应磁流变液性能的评价。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种磁流变液性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取所述磁流变液中的载液粘度和载液屈服应力值；
步骤S2：获取所述磁流变液中的铁磁颗粒的接触角；
步骤S3：获取所述磁流变液的摩擦系数、零场粘度值以及屈服应力值；
步骤S4：根据所述接触角、所述摩擦系数、所述零场粘度值以及所述屈服应力值获取摩擦权重系数、粘度权重系数、屈服权重系数以及润湿权重系数；
步骤S4包括以下子步骤：
步骤S4-1:根据对所述磁流变液性能的影响程度对所述接触角、所述摩擦系数、所述零场粘度值以及所述屈服应力值进行排序，从而得到性能影响因素序列；
步骤S4-2:根据所述性能影响因素序列通过层次分析法获取所述摩擦权重系数、所述粘度权重系数、所述屈服权重系数以及所述润湿权重系数，
步骤S5:根据下述公式获取磁流变液性能评价指标I的拟合公式：
Figure QLYQS_1
其中，A为所述摩擦系数，B为所述零场粘度值，C为所述屈服应力值，D为所述接触角，α为所述摩擦权重系数，β为所述粘度权重系数，γ为所述屈服权重系数，λ为所述润湿权重系数，X为所述载液粘度，Y为所述载液屈服应力值；
步骤S6:根据所述磁流变液性能评价指标对所述磁流变液进行评价。
2.根据权利要求1所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于：
其中，步骤S2包括以下子步骤：
步骤S2-1:将所述磁流变液中的铁磁颗粒压成铁磁样片；
步骤S2-2:通过接触角测量仪对所述铁磁样片进行测量，从而获取所述
接触角。
3.根据权利要求1所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于：
其中，所述磁流变液由铁磁颗粒、载液以及润滑剂组成，
所述铁磁颗粒为表面活化的羟基铁粉。
4.根据权利要求3所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于：
其中，所述载液为二甲基硅油，
所述润滑剂为油酸、氢化蓖麻油、石墨、二硫化钼、氮化硼以及聚四氟乙烯中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于：
其中，所述铁磁颗粒的制备步骤为：
步骤T1：对所述羟基铁粉进行干燥处理得到干燥羟基铁粉；
步骤T2：将硅烷偶联剂和有机膨润土加入异丙醇溶剂中得到活化溶液；
步骤T3：将所述干燥羟基铁粉加入所述活化溶液中得到混合溶液；
步骤T4：将所述混合溶液通过球磨机球磨预定时间后进行球液分离，得到悬浊液；
步骤T5：将所述悬浊液进行真空干燥，得到所述表面活化的羟基铁粉，作为所述铁磁颗粒。
6.根据权利要求5所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于：
其中，在步骤T4中，所述预定时间为8至16小时。
7.一种磁流变液性能评价系统，用于实施权利要求1-6中任意一项所述的磁流变液性能评价方法，其特征在于，包括：
参数采集部，包括第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元以及第四采集单元；
存储器，用于存储分析评价程序；
处理器，与所述参数采集部和所述存储器均信号连接，所述处理器用于执行所述分析评价程序；以及
显示器，与所述处理器信号连接，
所述第一采集单元用于采集所述接触角，所述第二采集单元用于采集所述摩擦系数，所述第三采集单元用于采集所述零场粘度值，所述第四采集单元用于采集所述屈服应力值，
所述分析评价程序包括第一调用程序、第二调用程序、第三调用程序以及第四调用程序、拟合公式存储程序，
所述第一调用程序用于调用所述接触角，所述第二调用程序用于调用所述摩擦系数，所述第三调用程序用于调用所述零场粘度值，所述第四调用程序用于调用所述屈服应力值，
所述拟合公式存储程序存储有所述磁流变液性能评价指标I的拟合公式：
Figure QLYQS_2
，
所述处理器通过所述拟合公式得到所述磁流变液性能评价指标I，
所述显示器用于对所述磁流变液性能评价指标I进行数值显示。
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