CN112858100A - 一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，包括用于存放待测磁流变液的储液槽(7)，该测量装置还包括：磁场发生机构，用于产生磁场；所述的储液槽(7)固设在磁场发生机构内；提拉机构，包括提拉块(8)，用于使提拉块(8)与储液槽(7)发生相对运动；所述的磁场发生机构包括两块距离可调的永磁体(3)和固定座，所述的永磁体(3)固设在固定座外，所述的储液槽(7)固设在固定座内。与现有技术相比，本发明具有结构简单、双面剪切且避免了壁面滑移、剪切速率线性可调、储液槽易更换、测量结果准确直观等优点。

Description

一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置

技术领域

本发明涉及磁流变液性能测试领域，具体涉及一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置。

背景技术

磁流变液是一种由磁性颗粒、基础液和添加剂混合而成的悬浮体，该材料在零磁场情况下，表现为良好的牛顿流体特性，但当该材料处在磁场激励下时，会在毫秒级时间内作出灵敏响应，从而表现出类固体的特征。基于这种磁流变特性，该智能材料已被广泛应用于汽车减震、航空航天、医疗、建筑等领域。屈服应力作为磁流变液流变学特性的主要参数之一，准确测量其值对于磁流变液的性能分析、工程应用等均具有重要意义。

目前现有的用于测量磁流变液屈服应力的方法很多，但同时这些测试装置大多具有试验条件苛刻、单面剪切、存在壁面滑移、剪切速率非线性、储液槽不易更换等弊端。而且，由于测试装置所基于的理论模型和方法的不同，有时会使得测量结果相差甚远。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种结构简单、双面剪切且避免了壁面滑移、剪切速率线性可调、储液槽易更换、测量结果准确直观的提拉式磁流变液屈服应力测量装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，包括用于存放待测磁流变液的储液槽，该测量装置还包括：

磁场发生机构，用于产生磁场；所述的储液槽固设在磁场发生机构内；

提拉机构，包括提拉块，用于使提拉块与储液槽发生相对运动；

测量机构，用于显示提拉机构产生的应力。

同时配备有高斯计，包括为高斯计探头和高斯计主体，其作用是用于测量并显示两个永磁铁之间磁感应强度的大小，这是因为每次调节均需要重新测量得到具体的磁感应强度的大小。测量时，需将高斯计探头置于两个永磁铁之间，测得的数据由高斯计主体显示出来。这是因为，在利用测量装置测量磁流变液的剪切屈服应力之前，需要事先知道磁流变液所在位置，即提拉块或储液槽所在的位置处的磁感应强度，若将磁感应测试装置固设在别处，则难以得到准确的数值，进而影响最终测试结果。

进一步地，所述的磁场发生机构包括两块距离可调的永磁体和固定座，所述的永磁体固设在固定座外，所述的储液槽固设在固定座内。

进一步地，所述的固定座包括平口钳、固定支架和垫块，所述的永磁体固设在固定支架外，所述的固定支架分开设置在平口钳两端，所述的垫块夹设在两个固定支架之间，所述的储液槽固设在垫块上方。

垫块用于防止两块永磁体合并。平口钳可以变滚动为平动，通过改变永磁体之间的距离来调节磁感应强度的大小。

本发明通过改变永磁铁之间的距离控制磁感应强度大小，而现有技术往往倾向于控制通电线圈的电流来控制，但是，发明人知晓，选用线圈作为磁场发生装置时，一方面需要额外的电源，有时需提供高达5A的电流，这样，产热问题不可避免，电流达到4A时，温度会在5分钟之内从常温升至100℃，而磁流变液的剪切屈服应力又与温度有极大的相关性，这将导致测量装置测得的数据出现较大的误差。

进一步地，所述的提拉机构包括：

提拉块，用于接触储液槽中的磁流变液；

直流电机，用于提供提升提拉块的加载力；

所述的提拉块与直流电机之间通过提拉绳相连，所述的测量机构位于提拉绳上。

进一步地，所述的提拉机构还包括至少一个用于改变提拉绳方向的定滑轮，所述的提拉绳与定滑轮抵接。

进一步地，所述的提拉块的两面刻有多条沿垂直于提拉方向矩形槽。这样可以有效避免壁面滑移效应。

需要特别强调的是，在磁流变液被剪切过程中，会有非常薄的一层磁流变液粘附在提拉块的壁面，理想状态下并不希望这一层非常薄的磁流变液与提拉块发生相对滑动，但是，事实上当二者之间的剪切应力超过一定值时，提拉块的壁面无法提供足够大的粘附作用，紧贴壁面处的磁流变液将沿着壁面发生相对滑动，这便是“壁面滑移效应”。

提拉块的不同壁面特征是影响磁流变液“壁面滑移效应”的关键因素之一，如果提拉块的壁面较为光滑，如提拉块上没有矩形槽，就是一块普通金属板，磁流变液与提拉块之间就有极大可能产生相对滑动，出现“壁面滑移效应”，这样便会牺牲磁流变液被剪切时所能提供的剪切屈服应力，同时在这种状态下测得的剪切屈服应力也会小于真实的应力，从而导致测试装置的测试结果误差较大。本发明中的提拉块的壁面刻有矩形槽，这可以在很大程度上减弱甚至避免“壁面滑移效应”，从而使得测试结果更加准确、可靠。

进一步地，所述的矩形槽深度为提拉块厚度的1/4，矩形槽宽度为提拉块厚度的1/4。

进一步地，所述的直流电机还与调节直流电机转速的调速板电连接，该调速板与控制调速板的变压器电连接。

进一步地，所述的测量机构包括

拉压力传感器，用于测量提拉机构上的应力；

显示仪表，用于记录和显示拉压力传感器上受到的应力；

直流电源，用于给显示仪表供电；

所述的拉压力传感器位于提拉机构上，实则是在提拉绳上，所述的显示仪表与拉压力传感器电连接，所述的直流电源与显示仪表电连接。

进一步地，所述的储液槽的材料为透明材料，所述的提拉块的材料为金属材料。

本发明的提拉动力由直流电机提供，可以根据需要由调速板调节转速，这为该测试系统提供了精确的加载力；提拉绳的选取充分考虑了弹力、摩擦力、许用拉力等因素，使拉力在传递过程中的损失达到最小；拉力传感器的使用大大方便了拉力值的记录，且显示精度较高。以上工作为精确测量磁流变液的屈服应力提供了保障。

在测量磁流变液屈服应力时，该提拉式磁流变液屈服应力测量装置的使用过程如下：

首先，将磁流变液加入储液槽并将带有提拉绳的提拉块放入磁流变液中；

然后，将储液槽置于磁场中，根据所需要的磁场转动平口钳改变永磁铁之间的距离，通过直流电机对提拉绳施以加载力；

最后通过提拉绳上的拉力传感器，读取与拉力传感器相连的显示仪表所记载的拉力峰值，该峰值即为磁流变液此时的剪切屈服应力值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明测量装置结构简单、操作方便，测量结果准确可靠；

(2)该测量装置的拉力源由直流电机提供，提供了精确的加载力，同时使得剪切速率线性可调，可以满足不同的试验要求；

(3)该测量装置的储液槽材料可以为亚格力板，制作成本低，易更换，且该材料为透明状，在完成储液任务的同时又便于观察磁流变液的剪切情况；

(4)本发明的两面刻有矩形槽的长方体状提拉块，既保证了受力的均匀性和对称性，又避免了“壁面滑移”对测量屈服应力所带来的影响。

附图说明

图1为实施例1中装置结构示意图；

图2为实施例1中磁场发生装置平面图；

图3为实施例1中提拉块主视图；

图4为实施例1中提拉块侧视图；

图5为实施例1中储液槽结构图；

图6为实施例1中平口钳结构图；

图中标号所示：1-高斯计探头、2-高斯计主体、3-永磁铁，4-平口钳，5-垫块，6-固定支架，7-储液槽，8-提拉块，9-滑轮，10-提拉绳，11-拉压力传感器，12-直流电机，13-直流电源，14-显示仪表，15-调速板，16-变压器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例中，如图3-4，提拉块8为长方体状金属块，长×宽×高为46mm×4mm×51mm，两面刻有提拉块厚度的1/4，即1mm深矩形槽，矩形槽沿垂直于提拉方向布置。如图5，储液槽7为内部尺寸为长×宽×高为52mm×6mm×52mm长方体状。如图2，磁场由80mm×80mm×30mm的方形永磁铁中心的50mm×50mm区域提供，该区域磁场相对而言较为均匀。储液槽7的材料为透明亚克力。

一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，如图1，包括用于存放待测磁流变液的储液槽7，该测量装置还包括：磁场发生机构，用于产生磁场；储液槽7固设在磁场发生机构内；提拉机构，包括提拉块8，用于使提拉块8与储液槽7发生相对运动；测量机构，用于显示提拉机构产生的应力。

磁场发生机构包括两块距离可调的永磁体3和固定座，永磁体3固设在固定座外，储液槽7固设在固定座内。固定座包括平口钳4，如图6、固定支架6和垫块5，永磁体3固设在固定支架6外，固定支架6分开设置在平口钳4两端，垫块5夹设在两个固定支架6之间，储液槽7固设在垫块5上方。垫块5用于防止两块永磁体3合并。平口钳4可以变滚动为平动，通过改变永磁体3之间的距离来调节磁感应强度的大小。同时配备有高斯计，包括为高斯计探头1和高斯计主体2，其作用是用于测量并显示两个永磁铁3之间磁感应强度的大小，这是因为每次调节均需要重新测量得到具体的磁感应强度的大小。测量时，需将高斯计探头1置于两个永磁铁3之间，测得的数据由高斯计主体2显示出来。

提拉机构包括：提拉块8，用于接触储液槽7中的磁流变液；直流电机12，用于提供提升提拉块8的加载力；提拉块8与直流电机12之间通过提拉绳10相连，测量机构位于提拉绳10上。提拉机构还包括两个用于改变提拉绳10方向的定滑轮9，提拉绳10与定滑轮9抵接。提拉块8的两面刻有多条沿垂直于提拉方向矩形槽。这样可以有效避免壁面滑移效应。矩形槽深度为提拉块8厚度的1/4，矩形槽宽度为提拉块8厚度的1/4。直流电机12还与调节直流电机12转速的调速板15电连接，该调速板15与控制调速板15的变压器16电连接。

测量机构包括拉压力传感器11，用于测量提拉机构上的应力；显示仪表14，用于记录和显示拉压力传感器11上受到的应力；直流电源13，用于给显示仪表14供电；拉压力传感器11位于提拉机构上，实则是在提拉绳10上，显示仪表14与拉压力传感器11电连接，直流电源13与显示仪表14电连接。

在测量磁流变液屈服应力时，首先将待测磁流变液样品加入储液槽7，并将提拉块8置于其中，然后固定永磁铁3之间的距离不变，使磁感应强度维持在某一固定值，启动直流电机12，提升提拉块8，通过调速板15调节直流电机12的转速，使磁流变液在不同的剪切速率下发生剪切，读分别读取压力传感器11的显示仪表14所记录的峰值，该峰值即为对应剪切速率下的磁流变液的屈服应力值。

实施例2

与实施例1不同之处在于，本实施例在测量磁流变液屈服应力时，应保证剪切速率相同，即调节调速板15使直流电机12在同一转速下工作，通过转动平口钳4改变永磁铁3之间的距离，从而改变工作磁场的大小，使磁流变液在不同的磁感应强度下发生剪切，读取压力传感器11的显示仪表14所记录的峰值，该峰值即为对应磁感应强度下的屈服应力值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，包括用于存放待测磁流变液的储液槽(7)，其特征在于，该测量装置还包括：

磁场发生机构，用于产生磁场；所述的储液槽(7)固设在磁场发生机构内；

提拉机构，包括提拉块(8)，用于使提拉块(8)与储液槽(7)发生相对运动；

测量机构，用于显示提拉机构产生的应力。

2.根据权利要求1所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的磁场发生机构包括两块距离可调的永磁体(3)和固定座，所述的永磁体(3)固设在固定座外，所述的储液槽(7)固设在固定座内。

3.根据权利要求2所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的固定座包括平口钳(4)、固定支架(6)和垫块(5)，所述的永磁体(3)固设在固定支架(6)外，所述的固定支架(6)分开设置在平口钳(4)两端，所述的垫块(5)夹设在两个固定支架(6)之间，所述的储液槽(7)固设在垫块(5)上方。

4.根据权利要求1所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的提拉机构包括：

提拉块(8)，用于接触储液槽(7)中的磁流变液；

直流电机(12)，用于提供提升提拉块(8)的加载力；

所述的提拉块(8)与直流电机(12)之间通过提拉绳(10)相连，所述的测量机构位于提拉绳(10)上。

5.根据权利要求4所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的提拉机构还包括至少一个用于改变提拉绳(10)方向的定滑轮(9)，所述的提拉绳(10)与定滑轮(9)抵接。

6.根据权利要求4所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的提拉块(8)的两面刻有多条沿垂直于提拉方向矩形槽。

7.根据权利要求6所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的矩形槽深度为提拉块(8)厚度的1/4，矩形槽宽度为提拉块(8)厚度的1/4。

8.根据权利要求4所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的直流电机(12)还与调节直流电机(12)转速的调速板(15)电连接，该调速板(15)与控制调速板(15)的变压器(16)电连接。

9.根据权利要求1所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的测量机构包括

拉压力传感器(11)，用于测量提拉机构上的应力；

显示仪表(14)，用于记录和显示拉压力传感器(11)上受到的应力；

直流电源(13)，用于给显示仪表(14)供电；

所述的拉压力传感器(11)位于提拉机构上，所述的显示仪表(14)与拉压力传感器(11)电连接，所述的直流电源(13)与显示仪表(14)电连接。

10.根据权利要求1所述的一种提拉式磁流变液屈服应力测量装置，其特征在于，所述的储液槽(7)的材料为透明材料，所述的提拉块(8)的材料为金属材料。

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