失重環境下新型磁性液體阻尼減振器的理論及實驗研究

《失重環境下新型磁性液體阻尼減振器的理論及實驗研究》是依託北京交通大學，由李德才擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：失重環境下新型磁性液體阻尼減振器的理論及實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李德才
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

申請者在國內外首次提出了一種特別適用於失重環境下減振的新型磁性液體阻尼減振器。該種減振器具有結構簡單、體積小、重量輕、壽命長、不消耗能量、減震效果好等優點，有著很高的學術價值和廣闊的套用前景，它不僅適用於失重環境，而且也適用於地面低頻小振幅振動。本課題擬在理論上，以磁性液體阻尼減振器為研究對象，建立包含磁性液體、永久磁鐵和減振器外殼各個物理參數和幾何參數的數學模型，研究在減振器工作條件下磁性液體減振器內磁性液體的粘溫效應、磁粘效應及磁性液體磁性顆粒的凝聚規律，建立磁性液體阻尼減振器的能量耗散公式，最終建立磁性液體阻尼減振器的設計方法；在數值分析方面，計算磁性液體阻尼減振器在不同振動條件下，磁性液體產生的熱量及溫度分布；在實驗方面，設計並建立磁性液體阻尼減振器實驗台，研究磁性液體的注入量、物理參數、永久磁鐵的種類及形狀、外殼的材料及形狀對減振器減振效果的影響，並驗證理論分析的正確性。

結題摘要

本課題針對太空飛行器在失重環境下所面臨的振動問題，對磁性液體阻尼減振器進行了研究，使其能夠有效抑制這些振動。本課題從理論方面，建立了包含磁性液體、永久磁鐵和減振器外殼各個物理參數和幾何參數的數學模型，推導了磁性液體減振器內部磁性液體自由界面的分布方程，建立了磁性液體阻尼減振器的能量耗散公式，提出了磁性液體阻尼減振器的設計方法。在數值分析方面，根據格子- Boltzmann方法，提出了在離散狄拉克函式框架下處理Neumann邊界條件的浸沒邊界法和流體粒子相互作用的改進動量交換法兩種數值算法。此外，對六種典型的流體問題進行了數值計算，並完成了磁性液體液滴的數值模擬。在實驗方面，利用化學共沉澱法，通過改進制備工藝，製備了γ-Fe2O3磁性納米顆粒。利用Zn和Co對γ-Fe2O3磁性納米顆粒進行包覆，形成了複合磁性納米顆粒，改善了γ-Fe2O3磁性納米顆粒的性能參數，實驗表明FeCl2溶液濃度和NaOH溶液濃度對複合磁性納米顆粒的成形過程有重要影響。提出了一種新的氟碳化合物基磁性液體的製備方法。通過表征所製備的氟碳化合物基磁性液體的性能驗證了該製備方法的有效性。利用磁流變儀對不同種類的磁性液體的剪下稀化、磁粘特性、粘溫特性、動態粘彈性和靜態粘彈性進行了系統性研究，得到了溫度、磁場強度、剪下速率對磁性液體流變學特性的影響規律。設計了四種不同結構的磁性液體阻尼減振器，通過搭建不同類型的實驗台，對磁性液體阻尼減振器中慣性質量塊所受到的懸浮力和阻尼力進行了測量，並研究了各物理參數對減振器減振效果的影響規律。通過這些研究，申請者所設計的磁性液體阻尼減振器最高減振效率可達97.73%，能夠滿足航天領域的減振需求，為解決我國太空飛行器的相關振動問題提供了重要參考。