適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了智能材料【技術領域】的一種適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法。本發(fā)明基于磁流變彈性體在工作狀態(tài)中的變形情況，在制備磁流變彈性體時，綜合考慮影響磁場空間分布的各種因素和旋轉(zhuǎn)磁場對顆粒鏈走向的作用，采用正交磁場組合并控制其磁場強度比例、設計極靴的形狀及其相對布置方位、模具和磁流變彈性體組合為一段磁路并控制磁流變彈性體的方位、磁場干擾塊干擾磁力線的分布和方向、正交旋轉(zhuǎn)磁場使顆粒鏈偏斜等設計思路，設計固化磁場使得在磁流變彈性體內(nèi)形成顆粒結構的形狀預先模擬了原有制備方法中得到的直線形狀顆粒鏈變形后的狀態(tài)。本發(fā)明所述方法制備的磁流變彈性體，能夠提高磁流變彈性體的性能，擴大其使用范圍。
【專利說明】適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能材料【技術領域】，具體涉及適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法。
【背景技術】
[0002]磁流變彈性體是由未交聯(lián)的高分子聚合物與軟磁性微顆粒均勻混合后，在磁場環(huán)境中高分子聚合物交聯(lián)固化而形成的一類聚合物基復合材料。高分子聚合物稱為基體材料，軟磁性微顆粒稱為填充材料或磁性顆粒。在固化過程中，磁性顆粒在外磁場作用下被磁化并沿磁場方向有序排列，形成顆粒鏈結構并被固定。磁流變彈性體的制備工藝過程主要包括磁性顆粒的聚合物包覆、基體材料和磁性顆?；旌?、加入催化劑和其它添加劑混合、抽真空排除空氣、注入模具、施加磁場和固化條件等。根據(jù)材料特性和要求的不同，磁流變彈性體的制備工藝可以變化。
[0003]磁流變彈性體由磁流變液發(fā)展而來，是磁流變液的固體模擬。磁流變彈性體結合了磁流變液場致微結構的特點和聚合物基體的彈性，并克服了磁流變液易于沉降的缺點，具有良好的環(huán)境適應性和工作穩(wěn)定性。在外加磁場作用下，磁流變彈性體的力學性能隨磁場強度變化而發(fā)生改變，而且具有響應速度快、變化可逆等優(yōu)點，可以廣泛應用于智能執(zhí)行機構、減振吸震等領域。
[0004]磁流變彈性體在固化時需要外加磁場以形成顆粒結構，這種磁場稱為固化磁場。在工作狀態(tài)下需要外加磁場以控制磁流變彈性體的性能，這種磁場稱為工作磁場。這兩種磁場對磁流變彈性體的輸出特性都具有重要影響。目前在磁流變彈性體的制備和工作過程中，固化磁場和工作磁場均采用勻強磁場，而且固化磁場和工作磁場的方向平行。在工作磁場的作用下，磁流變彈性體的彈性模量得到提高。無磁場作用時磁流變彈性體的彈性模量稱為基礎彈性模量。工作磁場作用時磁流變彈性體的彈性模量與基礎彈性模量之差稱為場致彈性模量。場致彈性模量與基礎彈性模量之比稱為磁流變彈性體的彈性模量相對變化率。目前的研究都是致力于提高磁流變彈性體的場致彈性模量或彈性模量相對變化率，但由于這些指標不能完全滿足實際工作要求，因此磁流變彈性體尚未進入規(guī)?；瘧?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于對磁流變彈性體在工作狀態(tài)下的變形和磁性顆粒間磁致力的分析，提出以控制固化磁場的特性參數(shù)的方法，使磁流變彈性體內(nèi)形成與變形相適應的顆粒結構形式，提高磁流變彈性體的性能。本發(fā)明中所述工作狀態(tài)下的變形是指磁流變彈性體在制備完成后，應用在工作機構中的變形。
[0006]磁流變彈性體在工作狀態(tài)中的變形可以是剪切、拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形，也可以是幾種變形狀態(tài)的組合。常規(guī)制備工藝得到的磁流變彈性體內(nèi)的顆粒鏈為直線形狀，當磁流變彈性體產(chǎn)生不同的變形時，其內(nèi)部顆粒鏈的變形趨勢如下:當磁流變彈性體受到剪切時，顆粒鏈產(chǎn)生傾斜；當磁流變彈性體產(chǎn)生拉壓變形時，顆粒鏈會產(chǎn)生對稱彎曲，拉伸時顆粒鏈內(nèi)凹，壓縮時顆粒鏈外凸；扭轉(zhuǎn)變形的磁流變彈性體內(nèi)的顆粒鏈會被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀；彎曲變形的磁流變彈性體內(nèi)的顆粒鏈會產(chǎn)生平行彎曲。
[0007]本發(fā)明基于磁流變彈性體在工作狀態(tài)中的變形情況，綜合考慮激勵磁場源的磁勢、極靴的形狀和布置方位、模具和磁場干擾塊的磁導率和形狀對磁力線走向和分布的影響規(guī)律，以及動態(tài)磁場對顆粒鏈走向趨勢的作用、固化磁場作用下顆粒形成顆粒鏈引起的磁導率的各向異性等因素的影響，設計固化磁場控制顆粒鏈的走向及分布，使得在磁流變彈性體內(nèi)形成顆粒結構的形狀預先模擬了常規(guī)制備工藝得到的直線形狀的顆粒鏈變形后的狀態(tài)。磁場源可以由電磁線圈產(chǎn)生,也可以用永磁體產(chǎn)生。
[0008]對于工作狀態(tài)為柱面剪切的磁流變彈性體，可以使用徑向和軸向兩個方向正交的磁場組合形成固化磁場，使得磁流變彈性體內(nèi)磁力線的方向不與剪切面的法向一致，而是形成一定夾角。由此固化形成的磁流變彈性體內(nèi)形成的顆粒鏈與剪切面的法向形成一定夾角，與柱面剪切狀態(tài)相適應。
[0009]對于工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體，可以使用方向分別與為剪切面垂直和平行的兩個正交磁場組合形成固化磁場。也可以將模具和磁流變彈性體組合為一段磁路，在此磁路中磁流變彈性體剪切面的法向與固化磁場方向形成一定夾角。由此制備的磁流變彈性體內(nèi)形成的顆粒結構為傾斜的顆粒鏈，與平面剪切的工作狀態(tài)相適應。
[0010]對于工作狀態(tài)為拉壓的磁流變彈性體，可以通過設計磁路中極靴的形狀，并將模具和磁流變彈性體組合為一段磁路，使得在磁流變彈性體的固化區(qū)域，形成彎曲的磁力線。也可以在磁流變彈性體的外圍放入具有良好導磁特性的磁場干擾塊，改變磁力線的方向并使之發(fā)生彎曲變形。由此制備的磁流變彈性體內(nèi)部的彎曲顆粒鏈在同一剖面內(nèi)基本為對稱形狀，與拉壓工作狀態(tài)相適應。
[0011]對于工作狀態(tài)為彎曲的磁流變彈性體，可以將模具和磁流變彈性體組合為一段彎曲的磁路，從而在磁流變彈性體的固化區(qū)域形成相互平行且彎曲的磁力線。由此制備的磁流變彈性體內(nèi)部顆粒鏈是彎曲的，且走向基本平行，與彎曲工作狀態(tài)相適應。
[0012]對于工作狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體，如果磁流變彈性體為柱狀體或空心較小，可以用軸向磁場和垂直于軸向的旋轉(zhuǎn)徑向磁場相結合，兩種磁場共同作用的結果將在磁流變彈性體內(nèi)形成螺旋線走向的顆粒鏈，如果磁流變彈性體為空心較大的筒狀體，可以用軸向和周向兩個方向正交的磁場，合并為磁力線為螺旋狀的磁場，從而在磁流變彈性體內(nèi)形成螺旋線走向的顆粒鏈。顆粒鏈為螺旋狀的磁流變彈性體與扭轉(zhuǎn)工作狀態(tài)相適應。
[0013]當磁流變彈性體的變形狀態(tài)為以上幾種狀態(tài)的組合時，可以將上述設計固化磁場的方法進行組合，使顆粒鏈的形狀和分布與其工作狀態(tài)相適應。
[0014]本發(fā)明所述方法制備的磁流變彈性體，由于其內(nèi)部的顆粒結構模擬了變形狀態(tài)，當有工作磁場作用于磁流變彈性體上時，即使沒有磁流變彈性體的預變形，也能產(chǎn)生磁致輸出力或磁致輸出變形。當磁流變彈性體存在一定的變形時，磁致輸出力或磁致輸出變形也將有較大提高。因此本發(fā)明所述方法制備的磁流變彈性體，能夠提高磁流變彈性體的性能，擴大其使用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為制備工作狀態(tài)為柱面剪切的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0016]圖2為采用組合磁場制備工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0017]圖3為采用相對傾斜磁場制備工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0018]圖4為采用外錐形極靴的磁極，制備工作狀態(tài)為拉壓的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0019]圖5為采用含有內(nèi)錐孔極靴的磁極，制備工作狀態(tài)為拉壓的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0020]圖6為采用外表面為外凸曲面的筒狀導磁體干擾體，制備工作狀態(tài)為拉壓的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0021]圖7為采用外表面為內(nèi)凹曲面的筒狀導磁體干擾體，制備工作狀態(tài)為拉壓的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0022]圖8為制備工作狀態(tài)為彎曲的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0023]圖9為采用軸向和周向磁場組合，制備工作狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
[0024]圖10為采用軸向和旋轉(zhuǎn)徑向磁場組合，制備工作狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體時，以磁場控制顆粒結構的制備裝置圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明基于磁流變彈性體在工作狀態(tài)中的變形情況，在制備磁流變彈性體時，根據(jù)磁場的空間分布規(guī)律，綜合考慮激勵磁場源的磁勢、極靴的形狀和布置方位、模具和磁場干擾塊的磁導率和形狀對磁力線走向和分布的影響，旋轉(zhuǎn)磁場對顆粒鏈的走向的作用、顆粒形成顆粒鏈后磁流變彈性體磁導率的各向異性等影響因素，采用正交磁場組合并控制其磁場強度比例、設計極靴的形狀及其相對布置方位、模具和磁流變彈性體組合為一段磁路并控制磁流變彈性體的方位、磁場干擾塊干擾磁力線的分布和方向、正交旋轉(zhuǎn)磁場使顆粒鏈偏斜的設計思路，設計固化磁場控制顆粒鏈的走向及分布，使得在磁流變彈性體內(nèi)形成顆粒結構的形狀預先模擬了原有制備方法中得到的直線形狀顆粒鏈變形后的狀態(tài)。
[0026]本發(fā)明中用于制備磁流變彈性體的固化磁場可以使用靜態(tài)磁場，也可以使用動態(tài)磁場，還可以使用靜態(tài)和動態(tài)磁場組合的磁場。靜態(tài)的固化磁場具有其磁力線的分布和走向與磁流變彈性體的變形相適應的特點。動態(tài)的固化磁場具有其引起的顆粒運動趨勢與磁流變彈性體的變形相適應的特點。磁場源可以由電磁線圈產(chǎn)生,也可以用永磁體產(chǎn)生。
[0027]以下結合具體實施例，對本發(fā)明所述的磁流變彈性體顆粒結構控制方法進行詳細闡述:
[0028]工作狀態(tài)為柱面剪切的磁流變彈性體的顆粒結構控制方法如圖1所示。圖中磁流變彈性體(I)為管狀構造，預定的工作時的變形方式為其內(nèi)外壁之間產(chǎn)生軸向的相對位移，形成柱面剪切。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)所圍成的空間內(nèi)。上模板(2)、下模板(3)、模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)的磁導率不大于磁流變彈性體(I)的磁導率。為拆解方便，模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)可以由若干個零件合圍而成。固化磁場由徑向和軸向兩個方向正交的分磁場組合而成。徑向磁場在柱狀磁極N1和筒狀磁極S1之間產(chǎn)生，軸向磁場在磁極N2和磁極S2之間產(chǎn)生。在磁流變彈性體(I)內(nèi)，兩個分磁場合成后的磁場方向會偏離徑向，與徑向形成一定夾角，更改徑向和軸向磁場的強度比例，可以控制夾角的大小。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂铣纱艌龅姆较颍瑥亩纬膳c柱面剪切相適應的磁流變彈性體。
[0029]以組合磁場對工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體的顆粒結構控制方法如圖2所示。圖中磁流變彈性體(I)為平板狀，預定的工作時的變形方式是在磁流變彈性體(I)的上下兩個平面施加剪切力產(chǎn)生剪切變形。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、側(cè)模板(6)所圍成的空間內(nèi)。使用垂直于剪切面的垂向磁場和平行于剪切面的橫向磁場兩個方向正交的分磁場組合成固化磁場。模具的所有組成零件的磁導率不大于磁流變彈性體(I)的磁導率。為拆解方便，側(cè)模板(6)可以制作為由幾個零件合圍而成。垂向磁場在磁極N1和磁極S1之間產(chǎn)生，橫向磁場在磁極N2和磁極S2之間產(chǎn)生。在磁流變彈性體
(1)內(nèi)，兩個分磁場合成后的磁場方向與剪切面的法向形成一定夾角，控制垂向和橫向磁場的強度比例，可以控制夾角的大小。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂铣纱艌龅姆较?，從而形成與平面剪切相適應的磁流變彈性體。
[0030]也可以使用相對傾斜磁場控制平面剪切的磁流變彈性體的顆粒結構，如圖3所示。圖中磁流變彈性體(I)為平板狀，預定的工作時的變形方式是在磁流變彈性體(I)的上下兩個平面施加剪切力而產(chǎn)生剪切變形。上下兩個平面分別是磁流變彈性體(I)與上模板
(2)和下模板(3)的交界面。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、側(cè)模板(6)所圍成的空間內(nèi)。為拆解方便，側(cè)模板(6)可以制作為由幾個零件合圍而成。模具的所有組成零件的磁導率與磁流變彈性體(I)的磁導率相接近。模具與磁流變彈性體(I)共同組成一段磁路。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生。上模板(2)和下模板(3)與磁流變彈性體(I)相接觸的平面的法向與磁場方向形成一定的夾角，變更模具的形狀可以改變夾角的大小。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较?，從而形成與平面剪切相適應的磁流變彈性體。
[0031]在磁流變彈性體內(nèi)形成對稱外凸彎曲的顆粒鏈結構的方法可以采用如圖4所示的結構。圖中磁流變彈性體(I)為柱狀，預定的工作時的變形方式是軸線方向的壓縮或拉伸。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)所圍成的空間內(nèi)。為拆解方便，模具外圈(5)可以制作為由幾個零件合圍而成。模具的所有組成零件的磁導率與磁流變彈性體(I)的磁導率相接近。模具與磁流變彈性體(I)共同組成一段磁路。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生。磁極的極靴制作為錐形體，在磁流變彈性體(I)內(nèi)形成的磁力線為關于軸線對稱的外凸形。改變極靴錐形體的錐角，可以改變磁力線的曲率。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较颍瑥亩纬膳c拉壓變形相適應的磁流變彈性體。
[0032]在磁流變彈性體內(nèi)形成對稱內(nèi)凹彎曲的顆粒鏈結構的方法可以采用如圖5所示的結構。圖中磁流變彈性體(I)為柱狀，預定的工作時的變形方式是軸線方向的拉伸或壓縮。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)所圍成的空間內(nèi)。為拆解方便，模具外圈(5)可以制作為由幾個零件合圍而成。模具的所有組成零件的磁導率與磁流變彈性體(I)的磁導率相接近。模具與磁流變彈性體(I)共同組成一段磁路。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生，磁極的極靴制作為含有內(nèi)錐孔的結構。在磁流變彈性體
(I)內(nèi)形成的磁力線為關于軸線對稱的內(nèi)凹形，改變極靴內(nèi)錐孔的錐角，可以改變磁力線的曲率。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较?，從而形成與拉壓變形相適應的磁流變彈性體。
[0033]導磁體干擾在磁流變彈性體內(nèi)形成對稱外凸彎曲的顆粒鏈結構的方法可以采用如圖6所示的結構。圖中磁流變彈性體(I)為柱狀，預定的工作時的變形方式是軸線方向的壓縮或拉伸。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)、干擾體⑵所圍成的空間內(nèi)。上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)由非導磁材料制作。干擾體(X)由導磁材料制作，其磁導率不小于磁流變彈性體(I)的磁導率。干擾體(X)的內(nèi)壁為柱面，外壁為外凸的曲面，其兩端的厚度小于中間的厚度。為拆解方便，模具外圈(5)和干擾體(7)可以制作為由幾個零件合圍而成。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生，由此在磁流變彈性體(I)內(nèi)形成的磁力線為關于軸線對稱的外凸形，改變干擾體(7)外凸曲面的形狀，可以改變磁力線的曲率。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较?，從而形成與拉壓變形相適應的磁流變彈性體。
[0034]導磁體干擾在磁流變彈性體內(nèi)形成對稱內(nèi)凹彎曲的顆粒鏈結構的方法可以采用如圖7所示的結構。圖中磁流變彈性體(I)為柱狀，預定的工作時的變形方式是軸線方向的拉伸或壓縮。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)、干擾體⑵所圍成的空間內(nèi)。上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)由非導磁材料制作。干擾體(X)由導磁材料制作，其磁導率不小于磁流變彈性體(I)的磁導率。干擾體(X)的內(nèi)壁為柱面，外壁為內(nèi)凹的曲面，其兩端的厚度大于中間的厚度。為拆解方便，模具外圈(5)和干擾體(7)可以制作為由幾個零件合圍而成。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生，由此在磁流變彈性體(I)內(nèi)形成的磁力線為關于軸線對稱的內(nèi)凹形，改變干擾體(7)內(nèi)凹曲面的形狀，可以改變磁力線的曲率。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较颍瑥亩纬膳c拉壓變形相適應的磁流變彈性體。
[0035]在磁流變彈性體內(nèi)形成相互平行的彎曲顆粒鏈的方法采用如圖8所示的結構。圖中磁流變彈性體(I)為平板狀，預定的工作時的變形方式是在磁流變彈性體(I)的左右兩個側(cè)面施加彎矩而產(chǎn)生彎曲變形。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、偵_板(6)所圍成的空間內(nèi)。為拆解方便，側(cè)模板(6)可以制作為由幾個零件合圍而成。模具的所有組成零件的磁導率與磁流變彈性體(I)的磁導率相接近。磁流變彈性體(I)與模具共同組成一段彎曲的磁路。上模板(2)、下模板(3)和側(cè)模板(6)所形成的左右兩個模具側(cè)面分布與磁極N和磁極S的極靴面平行。磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生，在磁流變彈性體(I)內(nèi)形成彎曲且相互平行的磁力線分布。改變模具與磁流變彈性體(I)形成的彎曲磁路的曲率半徑，可以改變磁流變彈性體(I)內(nèi)磁力線的曲率半徑。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂艌龇较?，從而形成與彎曲變形相適應的磁流變彈性體。
[0036]工作狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體的顆粒結構控制方法如圖9所示。圖中磁流變彈性體(I)為管狀，預定的工作時的變形方式為在其兩個端面施加扭矩而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)所圍成的空間內(nèi)。上模板(2)、下模板(3)、模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)的磁導率不大于磁流變彈性體(I)的磁導率。固化磁場由軸向和周向兩個方向正交的分磁場組合而成。軸向磁場在磁極N和磁極S之間產(chǎn)生。周向磁場由環(huán)狀電磁線圈(8)產(chǎn)生，其磁力線為環(huán)繞軸線的封閉曲線。為拆解方便，模具內(nèi)圈(4)、模具外圈(5)可以分別制作為由幾個零件合圍而成，環(huán)狀電磁線圈(8)可以分割為幾部分插接而成。在磁流變彈性體(I)內(nèi)，兩個分磁場合成后磁場的磁力線為螺旋線。更改軸向和周向磁場的強度比例，可以控制螺旋線的螺旋角。控制環(huán)狀電磁線圈(8)中的電流方向能夠控制螺旋線的旋向。磁流變彈性體(I)內(nèi)的顆粒鏈走向?qū)⒀刂铣纱艌龅姆较?，從而形成與扭轉(zhuǎn)變形相適應的磁流變彈性體。
[0037]工作狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體的顆粒結構控制方法也可以用如圖10所示的結構實現(xiàn)。圖中磁流變彈性體(I)為柱狀，預定的工作時的變形方式為在其兩個端面施加扭矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。在制備時磁流變彈性體(I)處于上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)所圍成的空間內(nèi)。上模板(2)、下模板(3)、模具外圈(5)的磁導率不大于磁流變彈性體(I)的磁導率。為拆解方便，模具外圈(5)可以制作為由幾個零件合圍而成。固化磁場由軸向和旋轉(zhuǎn)的徑向磁場組合而成。軸向磁場在磁極N1和磁極S1之間產(chǎn)生。磁極N2和磁極S2形成徑向磁場，此磁場繞軸線旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方法可以在模具的周邊均布3對磁極N2和S2，每對磁極的勵磁線圈與三相交流電的一相相連，在三相交流電的作用下，能夠形成繞軸線旋轉(zhuǎn)的徑向磁場。在軸向磁場作用下形成的軸向直線顆粒鏈，在繞軸線旋轉(zhuǎn)的徑向磁場的作用下，會發(fā)生偏斜，由此形成螺旋狀的顆粒鏈。控制軸向磁場和繞軸線旋轉(zhuǎn)磁場的強度比例，能夠控制顆粒鏈螺旋角的大小。改變?nèi)嘟涣麟姷慕泳€順序能夠改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，也就改變了螺旋線的旋向。在軸向磁場和繞軸線旋轉(zhuǎn)的徑向磁場的共同作用下，形成與扭轉(zhuǎn)變形相適應的磁流變彈性體。
[0038]對于組合變形的磁流變彈性體，可以根據(jù)上述利用固化磁場控制磁流變彈性體中顆粒鏈結構的方法進行組合或變換。所有這些組合和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:基于磁流變彈性體在工作狀態(tài)中的變形情況，在制備磁流變彈性體時，根據(jù)磁場的空間分布規(guī)律，綜合考慮激勵磁場源的磁勢、極靴的形狀和布置方位、模具和磁場干擾塊的磁導率和形狀對磁力線走向和分布的影響，旋轉(zhuǎn)磁場對顆粒鏈的走向的作用、顆粒形成顆粒鏈后磁流變彈性體磁導率的各向異性等影響因素，采用正交磁場組合并控制其磁場強度比例、設計極靴的形狀及其相對布置方位、模具和磁流變彈性體組合為一段磁路并控制磁流變彈性體的方位、磁場干擾塊干擾磁力線的分布和方向、正交旋轉(zhuǎn)磁場使顆粒鏈偏斜的設計思路，設計固化磁場控制顆粒鏈的走向及分布，使得在磁流變彈性體內(nèi)形成顆粒結構的形狀預先模擬了原有制備方法中得到的直線形狀顆粒鏈變形后的狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)為柱面剪切的磁流變彈性體，使用徑向和軸向兩個方向磁場進行組合形成固化磁場，通過控制徑向和軸向兩個方向磁場強度的比例控制顆粒鏈走向與徑向的夾角。
3.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體，使用垂向和橫向兩個方向正交的磁場組合成固化磁場，通過控制垂向和橫向兩個方向磁場強度的比例控制顆粒鏈走向與剪切面法向的夾角。
4.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)為平面剪切的磁流變彈性體，在制備時設計磁流變彈性體和模具共同組成一段磁路，且磁流變彈性體在模具中的方位使磁場方向與剪切面法向形成一定夾角，通過改變模具結構控制磁場方向與剪切面法向間的夾角。
5.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式是拉壓變形的磁流變彈性體，設計磁極的極靴為錐形體，并設計磁流變彈性體和模具共同組成一段磁路，在磁流變彈性體的區(qū)域形成關于軸線對稱的外凸彎曲的磁力線。
6.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式是 拉壓變形的磁流變彈性體，設計磁極的極靴為含有內(nèi)錐孔的結構，并設計磁流變彈性體和模具共同組成一段磁路，在磁流變彈性體中形成關于軸線對稱的內(nèi)凹彎曲的磁力線。
7.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式是拉壓變形的磁流變彈性體，采用內(nèi)壁為柱面、外壁為外凸的曲面的且磁導率不小于所制備磁流變彈性體的筒狀導磁干擾體，在磁流變彈性體中形成關于軸線對稱的外凸彎曲的磁力線。
8.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式是拉壓變形的磁流變彈性體，采用內(nèi)壁為柱面、外壁為內(nèi)凹的曲面的且磁導率不小于所制備磁流變彈性體的筒狀導磁干擾體，在磁流變彈性體中形成關于軸線對稱的內(nèi)凹彎曲的磁力線。
9.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式為彎曲的磁流變彈性體，設計磁流變彈性體和模具共同組成一段彎曲磁路，從而在磁流變彈性體內(nèi)形成彎曲且相互平行的磁力線。
10.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體，采用軸向和周向兩個方向的磁場，合并為磁力線為螺旋線的磁場，改變軸向和周向磁場的強度比例控制螺旋線的螺旋角，改變軸向磁場的方向能夠改變螺旋線的旋向。
11.根據(jù)權利要求1所述的適應變形的磁流變彈性體顆粒結構的磁場控制方法，其特征在于:針對工作狀態(tài)的變形方式為扭轉(zhuǎn)的磁流變彈性體，采用軸向和和旋轉(zhuǎn)的徑向磁場組合成固化磁場，使得在軸向磁場作用下形成的軸向直線顆粒鏈，在繞軸線旋轉(zhuǎn)的磁場的作用下發(fā)生偏斜，從而在·磁流變彈性體內(nèi)形成螺旋線走向的顆粒鏈。
【文檔編號】H01F7/00GK103854822SQ201210533675
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月1日 優(yōu)先權日:2012年12月1日
【發(fā)明者】朱緒力, 滕桂榮 申請人:山東科技大學