磁流变抛光技术研究进展

表面质量是精密零部件最重要的性能之一,零件的表面质量主要是由加工过程中不同的工艺参数和方法决定的。传统的磨抛工艺由于作用在工件上的力很大、嵌入的磨料颗粒、对工艺的控制有限等原因很难使表面粗糙度降低到精密零部件的要求精度。磁流变抛光(MRF)提供了一种新型高效的方法使工件加工质量达到预期的精度水平。MRF对工艺控制具有更大的灵活性,并且可以在不破坏表面形貌的情况下完成加工。综述了磁流变抛光液组分对加工效果的影响、材料去除模型的建立和发展、不同的MRF加工方式和未来磁流变抛光技术发展的新方向,最后总结了目前MRF技术存在的问题总结,并提出了MRF技术未来可能的发展方向。

磁流变材料与磁流变阻尼器的潜在工程应用

磁流变材料由悬浮于载体液中的磁化微粒和稳定剂构成 ,是一种智能材料 ,在工程上有较大的应用前景。简要介绍了磁流变效应的机理及磁流变体的特性 ,阐述了磁流变器件的工作原理 ,归纳了磁流变技术在工程中的一些应用 。

一种新型引磁式磁流变阻尼器研究

针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题,在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器,建立了磁场与流场耦合动力学模型;以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数,基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内部活塞进行了优化;建立了多物理场耦合模型并进行了仿真和冲击试验。仿真结果表明:在相同外形尺寸条件下,新型磁流变阻尼器的有效阻尼通道长度为64 mm,相比普通磁流变阻尼器提高了60%;新型磁流变阻尼器的力学特性与动态可调性更加优越,当施加2.0 A电流、活塞运动速度为0.09 m/s时,新型磁流变阻尼器的输出阻尼力为55.9 kN,相比普通磁流变阻尼器(32.4 kN)提高了72.5%;施加不同大小电流时新型磁流变阻尼器的峰值压力与吸能容量均明显高于普通磁流变阻尼器。冲击试验结果表明:当施加2.0 A的电流、冲击速度为2.45 m/s时,相比普通磁流变阻尼器,其峰值压力达到11.64 MPa、峰值压力提高约41%。峰值压力试验结果与仿真结果对比表明:仿真结果和试验结果的趋势是一致的,其相对误差在0.1之内,表明了仿真模型的有效性。

磁流变纤维骨架阻尼增强型阻尼器研究

为了增强磁流变脂的剪切性能,提高阻尼器的阻尼力输出,研究棉纤维对磁流变脂剪切增强效果。制备了不同棉纤维质量分数的磁流变脂试样,在流变仪上对其进行测试。结果表明,复合纤维磁流变脂的最大剪切应力随着纤维质量分数的增加而增加。基于复合材料设计制造了一款剪切式磁流变阻尼器,该阻尼器具有磁流变材料用量少、密封要求低等优点。磁流变阻尼器的阻尼特性实验表明,在1.6 A电流下,棉纤维质量分数为1.5%的磁流变脂的最大阻尼力可达99.5 N,与无棉纤维添加的磁流变脂相比,提升了23.8%,这表明使用复合纤维磁流变脂的阻尼器具有更好地阻尼力输出。

面向软体机器人的磁流变弹性体变刚度模型研究

软体机器人在柔性抓取时存在手爪刚度单一不足的情况,而且磁流变弹性体的变刚度范围有限,本文提出了一种变刚度范围大的磁流变弹性体模型。在磁流变效应基础上设计了一种以磁流变弹性体为主体材料的“菱形”变刚度模型,并给出了3D打印模型与铸造技术工艺。通过电磁铁产生的磁场,构建了一种磁-力耦合模型,分析了“菱形”变刚度模型主要刚度变化关系,探索了影响模型变刚度的因素。通过建立的实验平台,结果表明:本文提出的“菱形”模型可以大幅提高磁流变弹性体的变刚度范围,并且可以实现通过控制电流大小来控制模型的刚度大小,含有3个“菱形”结构的模型在磁场下刚度变化的百分比可以高达约58%,可使磁流变弹性体作为类“皮肤”应用在软体机器人手爪上。

聚合物流体拉伸流变测量技术的进展

介绍了近年来应用较广的4种聚合物流体拉伸流变测量技术:Meissner拉伸流变技术(RME)、改进旋转流变技术(MRR)、纤维撕扯流变技术(FSR)、Sentmanat拉伸流变技术(SER),分析和总结了它们的结构原理、发展趋势和应用中存在的问题。

具有智能蒙皮潜质的磁流变弹性体磁力学特性

变体飞机的难点之一在于变形机翼,而变形机翼的难点之一在于变形蒙皮,其中后者的研究难度长期以来被忽视。以往很多变形翼蒙皮的研究与设计中,一般更加关注基于力学特征的智能材料。本文从变体结构中的变形蒙皮特性与需求出发,简述了变形蒙皮的研究进展,论述了磁流变弹性体(MRE)的概念、材料组成以及功能等内容,以及磁流变弹性体磁力学的相关表征。

高黏橡胶改性沥青制备及其流变性能研究

排水路面是促进可持续发展和建设海绵城市的有效方法之一,该文研究适用于排水沥青路面的高黏改性沥青,采用主要成分为SBS颗粒和高黏橡胶颗粒对基质沥青进行改性,通过正交试验,分别采用60℃动力黏度、软化点、针入度、延度、弹性恢复指标确定高黏橡胶改性沥青的最佳掺量。选择常用的TPS改性剂和XC改性剂作为对照组进行对比分析,利用弯曲梁流变试验(BBR)和动态剪切流变试验(DSR)对三种高黏沥青的低温抗裂性和高温稳定性进行分析和评价,结果表明根据正交试验获得的最佳配方所制得的高黏橡胶改性沥青性能优良,为高黏改性沥青在道路工程领域中的开发和应用提供有价值的参考。

控压固井注入阶段流体密度和流变性分段预测方法

为解决控压固井注入阶段入井流体密度及流变性预测难的问题,设计了流体密度和流变性测量试验,基于试验结果优选了流变模式,建立了考虑不同流体性能差异的温压耦合模型,提出了流体密度和流变参数的分段预测方法。以川北地区X井为例进行了模拟计算,模拟结果表明:采用分段方法可将赫巴模式、四参数模式等多种流变模式作为优选对象,能更精确地描述流体的流变性;控压固井注入阶段采用常规计算方法,井口回压值偏低,大大增加了地层气侵风险,且不同方法预测的环空温度场相差不大;温度和压力的耦合作用对于流体密度和流变性及其变化规律的影响较大,也会对环空浆柱结构的设计及固井施工效果产生重要影响。研究结果为控压固井设计施工提供了理论依据。

钻井液流变参数计算软件的开发及流变模式的优化

钻井液流变模式的优化和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提。利用回归分析的数学方法开发了钻井液流变参数的计算软件,它能对各种流变模式下的流变参数进行数据处理,自动生成各流变模式的流变曲线,并结合实际数据对各流变模式进行比较和分析,从而实现流变模式优选。赫巴流变模式的三个参数(τHB,K,n)不但能较好地反映钻井液的流变性而且具有明确含义,能较好地描述钻井液在低、中、高剪切速率下的流变行为,因此认为赫谢尔巴尔克莱模式在一定条件下能够更准确地描述钻井液流变特性。

磁流变液的研究与应用

磁流变液是一种重要的智能材料。介绍了磁流变液的组成和特性,综述了目前磁流变液的国内外研究现状,说明了磁流变液在阻尼器、离合器和抛光方便的应用优势,最后对磁流变液未来的前景作了展望。

含粗骨料尾砂膏体长距离管输流变特性及阻力预测

为探明质量浓度、粗骨料含量、灰砂质量比和水化时间对膏体长距离管输流变特性的影响,本文基于正交设计开展流变实验,采用回归分析建立流变参数预测模型,在此基础上通过理论推导建立管道阻力预测模型,采用现场实测数据验证阻力预测结果的可靠性。结果表明:含粗骨料尾砂膏体属于宾汉流体,质量浓度和粗骨料含量对膏体流变参数的影响最显著;屈服应力随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈指数减小,随水化时间的增加呈线性增长,与灰砂质量比的关系不大;塑性粘度随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈线性减小,随灰砂质量比和水化时间的增加呈线性增长;建立的流变参数预测模型平均误差小于4.3%,基于宾汉流变模型建立的管道阻力模型预测值比现场实测值偏大12.5%,满足工程应用的精度要求。

考虑分段流变模式的深井井筒压力精确预测模型

超深井、特深井井筒温度和压力分布范围宽,钻井液流变性受超高温超高压影响显著,基于常规流变模式的井筒压力预测误差较大,文章通过开展温度为20~220℃、压力为0.1~200 MPa的水基钻井液和油基钻井液流变性测试实验,提出了不同温度和压力范围内的钻井液分段流变模式优选方法,建立了考虑多因素综合影响的钻井井筒压力精确预测模型。研究结果表明,随着温度和压力的变化,钻井液流变曲线的变化规律不一致,单一流变模式无法完全表征钻井液的流变特性;赫巴流变模式对100℃以下的水基钻井液和140℃以下的油基钻井液的流变性适用性更好,其他温度范围内罗斯流变模式的适用性更好;分段流变模式对井底压力的影响较为明显。将模型的计算结果与实测数据进行对比,发现井底压力预测误差在0.3 MPa以内,立管压力预测误差小于0.6 MPa;相对于油基钻井液,水基钻井液中的井筒压力预测误差更小。研究结果能够为超深井、特深井井筒压力精确预测奠定理论基础。

电流变液研究进展及最新动态──第5届国际电流变液、磁悬浮体 及相关技术研讨会评介

通过评介第５届国际电流变液、磁悬浮体以及相关技术研讨会，指出电流变液和磁流变液的应用研究有重要进展；磁流变液的剪切应力比电流变液大一个数量级，近来又受到重视；在机理研究中，要注意电流变液的表面效应、损耗对电流变效应的影响．本文还归纳了一些电流变液材料设计的思路．

磁流变液特性及其装置在工程领域中的应用

磁流变液是一种在外加磁场作用下流变特性发生急剧变化的新型智能材料。介绍磁流变液的主要特性及其工作模式、近年来磁流变液装置在工程领域尤其在机械工程中的应用,以及国内外磁流变液的发展现状。

基于改进流变元件模型的层状深厚覆盖层流变对面板坝结构性能影响的数值分析

在深厚覆盖层上建造面板堆石坝,除考虑水-土流固耦合外,还应考虑坝基流变的影响。为了更好地模拟坝基流变对大坝及渗控体系的真实受力,基于深厚覆盖层所呈现出的层状特性,首先改进新的流变元件模型H-KS以适应层状覆盖层,然后借助Comsol建立流变与流固耦合模型,最后按时间顺序计算了河口村面板坝各阶段的力学指标,分析了坝基流变对大坝及防渗体系的影响。结果表明:对于各向异性明显的层状坝基,采用H-KS流变模型能较好反映大坝各阶段的应力、变形和渗流实际情况,误差均在5%以内;计算结果相比不考虑流变的DuncanE-B模型,应力和变形均增大11.8%以上,部分增量对大坝结构的安全稳定造成影响;填筑期的沉降和应力总量占比达70%以上,但单位时间增量却较小,如沉降增量仅为0.015m/月;蓄水期的岩土体流变及流固耦合作用对大坝各部位强度和刚度影响最大,应力及沉降增长率分别为0.02MPa/月、0.038m/月;运行期的各指标增长率逐渐趋缓,最终趋于稳定,但变形和应力增量可能会导致主要结构失稳或破坏。混凝土面板-趾板-连接板-防渗墙是完整、有效的渗流控制体系,坝基流变导致防渗墙上部水平位移增大,整体强度降低;趾板和面板在中部有受弯破坏的趋势。层状岩土体流变具有时效性,该层状坝基的流变在蓄水后2~3a间基本完成,相应指标也趋于稳定。研究结果对层状覆盖层上的面板坝安全稳定体系的建立提供了理论支持。

磁流变流体──新型智能流体材料

本文针对磁流变流体的发展概况、工作机理、流变特性及应用前景进行介绍，尤其在流变特性上同电流变流体和铁磁流体进行了比较，为人们了解和研究这种新型的智能流体材料提供了参考。

超高矿化度AM/AMPS共聚物压裂液与交联过程流变学

对不同矿化度、不同盐溶液中AM/AMPS压裂液流变性能及其在超高矿化度时的交联凝胶状态与流变学性质以及交联过程进行了研究。结果表明,AM/AMPS压裂液KCl与CaCl_(2)溶液中黏度与弹性模量下降,且CaCl_(2)的影响更显著;而超高矿化度镁盐溶液对压裂液黏度与黏弹性有增强作用。在超高矿化度的不同盐溶液中,AM/AMPS均可以与有机锆交联剂形成能完全挑挂凝胶,应变扫描结果证明,交联后压裂液表现出典型的凝胶特征。AM/AMPS压裂液在高矿化度盐溶液以及水溶液中的30℃恒温小振幅振荡交联过程可用四参数交联流变动力学方程描述,金属盐离子可以提高凝胶强度,且二价盐的提高更为显著。AM/AMPS压裂液升温小振幅振荡交联过程存在缓速交联与快速交联两个阶段,适当升温有利于交联反应。AM/AMPS压裂液在自来水与一价盐溶液中升温大振幅振荡交联过程与升温小振幅振荡交联过程相似;在二价盐溶液中交联过程受剪切影响较大,适当提高剪切,有利于AM/AMPS压裂液在盐溶液中交联。研究获得了超高矿化度AM/AMPS压裂液新体系,有望为AM/AMPS压裂液工程应用提供指导。

磁流变抛光关键技术及工艺研究进展

随着超光滑平面器件的需求越来越大,要求器件表面粗糙度需达到纳米级,面形精度达到微米级,且无表面和亚表面损伤。传统超精密抛光技术效率低、成本高、不易控制,易产生表面、亚表面损伤,难以满足生产的要求。磁流变抛光技术(MRF)是利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对器件表面进行抛光的一种新兴的超精密加工技术,其抛光过程可被有效控制,且能够实现精准抛光,可达到超精密的质量要求。本文对磁流变抛光技术中磁流变液和磁极等关键参数进行了分析和总结,详述了磁流变液的组成部分、常见材料以及三大指标(沉降稳定性、磁力学特性和剪切屈服应力)。研究结果表明,磁流变液的沉降率和稳定性都与磁流变液中的成分密切相关,磁敏微粒不同,磁流变液的沉降率也各有不同,通过使用不同的添加剂改变磁敏微粒的表面活性,从而改变磁流变液的沉降性能;磁流变液的组成部分中磁敏微粒作为唯一有效的导磁材料,影响着磁流变液的磁力学特性;磁场作用下,磁敏微粒逐渐形成链状结构,处于凝聚状态,当磁敏微粒的磁化强度不断增大时,剪切应力也呈现出明显增大的趋势。同时本文综述了磁场发生装置中磁极的不同形态对磁场的影响以及磁极的不同布列方式对磁场和抛光效果的影响,阐述了不同的磁极排列方式对磁场大小和抛光垫均匀性的影响规律。相比其他形状的磁极,圆柱形和方形柱状磁体是最理想的两种永磁体形状。本文总结了目前磁流变抛光技术的工艺研究的新方向,包括集群磁流变抛光技术、可以加工曲面的组合磁流变抛光技术、全球面包络磁流变抛光技术以及超声磁流变复合加工技术,介绍了这几种加工方法的工作原理以及能够达到的工艺效果,最后总结了现阶段磁流变抛光技术研究中存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望。

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明:在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%~75.7%,弹性恢复率提高了9.4%~18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。