基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置

摘要

本发明涉及一种基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置，包括活塞杆和缸筒，所述缸筒内设有前活塞和后活塞，所述前活塞、后活塞、缸筒内壁之间形成用于填充磁控流体的空间，该空间内充满磁控流体，所述缸筒上设有磁控流体的进口，该磁控流体的进口通过端盖密封，所述缸筒上设有用于产生测试磁场的磁场发生器，所述前活塞与活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端外伸出缸筒的前端盖，活塞杆与前活塞之间设置前压力传感器，所述后活塞与缸筒的后端盖之间设有弹簧，所述弹簧与后活塞之间设有后压力传感器。采用本装置在流动模式下测试磁控流体的力学性能，测试更精准，可靠，且本装置制造加工方便，结构紧凑、灵活。

说明书

技术领域

本发明属于材料性能测试领域，具体涉及一种基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置。

背景技术

剪切屈服应力是磁控流体的主要性能参数之一，是此类材料液-固转换的分界点，表征其液-固相的转换程度。因此，磁控流体的力学性能测试是此类材料研究的重要内容之一。目前按照磁控流体的工作模式主要分为三种，即：剪切模式、流动模式、挤压模式。剪切模式也是磁控流体测试装置的主要工作模式，其主要原理是将磁控流体盛放在两个平行圆盘之间的间隙中，在垂直磁场的作用下，磁控流体由牛顿流体迅速变为粘塑性固体，同时调速电机在一定转速下驱动某一圆盘转动，另一圆盘固定不动，磁控流体受剪切作用产生的剪切应力由扭矩传感器测量，同时施加一定的磁场，通过计算得到剪切应力、剪切应变率和磁场间的关系。但在此种力学性能测试方法中，当圆盘的旋转速度过大，磁控流体中的颗粒会受到离心力作用向圆盘的边缘聚集，存在较为严重的壁面滑移现象，滑移现象导致测试物的减少，影响测试结果的准确性；另外，两个平行圆盘之间的配合要求极高的平行度，制造加工难度大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置，采用本装置在流动模式下测试磁控流体的力学性能，测试更精准，可靠，且本装置制造加工方便，结构紧凑、灵活。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置，包括活塞杆和缸筒，所述缸筒内设有前活塞和后活塞，所述前活塞、后活塞、缸筒内壁之间形成用于填充磁控流体的空间，该空间内充满磁控流体，所述缸筒上设有磁控流体的进口，该磁控流体的进口通过端盖密封，所述缸筒上设有用于产生测试磁场的磁场发生器，所述前活塞与活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端外伸出缸筒的前端盖，活塞杆与前活塞之间设置前压力传感器，所述后活塞与缸筒的后端盖之间设有弹簧，所述弹簧与后活塞之间设有后压力传感器。

所述弹簧的两端分别设有弹簧固定座，为第一弹簧固定座和第二弹簧固定座，弹簧的两端分别固定在第一弹簧固定座和第二弹簧固定座上，通过第一弹簧固定座和第二弹簧固定座与后活塞、缸筒的后端盖固定连接，所述第一弹簧固定座与后活塞之间设置后压力传感器，所述第二弹簧固定座与缸筒的后端盖固定连接。

所述活塞杆与前压力传感器固定的一端设有突出的圆盘，该圆盘的直径大于活塞杆的直径。

所述缸筒的前端盖上设有供活塞杆穿过的通孔。

缸筒的前端盖的通孔中设置有用于对活塞杆进行导向的导向环。

所述缸筒两端大，中间小，缸筒中部为磁场发生器的安装段， 所述前活塞、后活塞分别位于磁场发生器的安装段的两端。

所述磁场发生器与缸筒中部的磁控流体形成环形闭合磁路。

所述磁场发生器设有相向对应的上磁极、下磁极，上磁极与下磁极之间设有安装间隙，上磁极与下磁极分别绕制励磁线圈，上磁极上的励磁线圈与下磁极上的励磁线圈串联，上磁极、下磁极分别与缸筒的上下两侧相接触，并固定。

所述缸筒由不导磁材料制成。

所述缸筒上还设有磁控流体的出口，磁控流体的出口通过端盖密封。

本发明具有的优点是：由于本装置在流动模式下测试磁控流体的力学性能，测试更精准，可靠，且本装置制造加工方便，结构紧凑、灵活，便于与其他辅助测试系统对接，实现磁控流体的其他辅助性指标的测试，如高低温等实验。

采用外置式电磁场设计，电磁场运行过程中发热不会影响到磁控流体的力学性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的缸筒的结构示意图；

图4为本发明的磁场发生器的结构示意图。

附图中，1为活塞杆，2为缸筒，3为上端盖，4为磁控流体，5为磁场发生器，51为上磁极，52为下磁极，53为励磁线圈，6为后压力传感器，7为弹簧，8为导向环，9为前压力传感器，10为前活塞，11为下端盖，12为后活塞，13为第一弹簧固定座，14为第二弹簧固定座，15为前端盖，16为后端盖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

参见图1至图4，一种基于流动模式的磁控流体力学性能测试装置，包括活塞杆1和缸筒2。所述缸筒2设有前端盖15和后端盖16。所述缸筒的前端盖15上设有供活塞杆穿过的通孔。缸筒的前端盖的通孔中设置有用于对活塞杆进行导向的导向环8。导向环是一种工业标准件，具有较高的精度及导向作用，可以通过螺纹旋入通孔中。所述缸筒内设有前活塞10和后活塞12，所述前活塞、后活塞、缸筒内壁之间形成用于填充磁控流体的空间，该空间内充满磁控流体4。所述磁控流体4为公知的磁流变液或磁流变胶。所述前活塞、后活塞分别与缸筒内壁之间设置活塞密封圈、导向环。所述缸筒上设有磁控流体的进口，该磁控流体的进口通过上端盖3密封。所述缸筒上还设有磁控流体的出口，磁控流体的出口通过下端盖11密封。所述缸筒上设有用于产生测试磁场的磁场发生器5，所述前活塞与活塞杆的一端连接，活塞杆的另一端外伸出缸筒的前端盖，活塞杆与前活塞之间设置前压力传感器。所述活塞杆与前压力传感器固定的一端设有突出的圆盘，该圆盘的直径大于活塞杆的直径。突出的圆盘面上通过强力粘胶粘结前压力传感器9，前压力传感器的另一面粘结前活塞。所述后活塞与缸筒的后端盖之间设有弹簧7，所述弹簧与后活塞之间设有后压力传感器。所述弹簧的两端分别设有弹簧固定座，为第一弹簧固定座和第二弹簧固定座，弹簧的两端分别固定在第一弹簧固定座13和第二弹簧固定座14上，通过第一弹簧固定座13和第二弹簧固定座14与后活塞、缸筒的后端盖固定连接，所述第一弹簧固定座与后活塞之间设置后压力传感器6。所述第一弹簧固定座与后压力传感器固定的一端设有突出的圆盘，该圆盘的直径大于第一弹簧固定座的直径。所述第二弹簧固定座与缸筒的后端盖固定连接。第二弹簧固定座与缸筒的后端盖可以固定连接，也可以一体成型。本实施例的第二弹簧固定座与缸筒的后端盖一体成型。缸筒的第二弹簧固定座上固定弹簧，弹簧的另一端与第一弹簧固定座固定，第一弹簧固定座的突出的圆盘端面粘结了后压力传感器，后活塞与后压力传感器粘结。

所述缸筒两端大，中间小，形成。缸筒设计成两端大，中间小的工字型主要是为了减少了磁极间距，增强了测试磁场的变化范围。原理是：磁极间的磁场是和磁极间距有关的，磁极越近，可控磁场的变化范围就越大。缸筒中部为磁场发生器的安装段。缸筒中部可以为圆形，也可以为正方形。本发明的缸筒中部为圆形，且缸筒中部的直径小于缸筒两端的直径。缸筒两端的直径相同。安装时将缸筒中部直接卡入磁场发生器的上下磁极中即可。所述前活塞、后活塞分别位于磁场发生器的安装段的两端。所述缸筒由不导磁材料制成，避免影响磁场，使得磁场可以与磁控流体形成闭合回路。磁场发生器与缸筒可焊接固定。

所述磁场发生器设有相向对应的上磁极51、下磁极52，上磁极与下磁极之间设有安装间隙，上磁极与下磁极分别绕制励磁线圈53，上磁极上的励磁线圈与下磁极上的励磁线圈串联，上磁极、下磁极分别与缸筒的上下两侧相接触，并固定。本发明的磁场发生器为C型结构，当然也可以为日字型结构。磁极为高导磁材料制成。C型结构的磁场发生器5与缸筒2中部的磁控流体4形成闭合磁回路，可有效拓展测试磁场的控制范围，能更好的表征磁场流体的性能。 本发明的磁场发生器是两级线圈，是相互串联，也可以采用多级线圈相互串联。

被测磁控流体可通过上端盖流入并填充于前活塞与后活塞之间的缸筒空间内，下端盖处便于测试结束磁控流体的流出。缸筒的中部表面分别与磁场发生器的上磁极及下磁极接触，磁场发生器的上磁场与下磁上绕制励磁线圈，缸筒中部的磁控流体与磁场发生器形成环形闭合磁路，可通过调节励磁线圈中的电流来控制测试处磁场大小，实现在可变磁场下基于流动模式的磁控流体力学性能表征。

将上端盖旋开，可将磁控流体倒入前活塞与后活塞之间的缸筒空间内，并保证将前活塞与后活塞之间充满磁控流体，防止混入空气形成空行程影响测试结果。测试时，活塞杆向右匀速推动前活塞运动，前压力传感器检测并输出左侧缸筒内磁流变流体的压力，后压力传感器可检测并输出右侧缸筒内磁流变流体的压力；当励磁线圈中通不同的电流，上磁极与下磁极处将产生不同的测试磁场，可实现在不同磁场下基于流动模式测试磁控流体的力学特性；设前压力传感器测出的压力值为N1，后压力传感器测出的压力值为N2，缸筒中部的截面周长为S，截面周长S的缸筒长度为L，基于流动模式的磁控流体在一定流速及磁场下的剪切屈服应力可表达为：

不同磁场下的剪切屈服应力是磁控流体的最重要力学性能，利用上述实施例可以测试在不同磁场下磁控流体的剪切屈服应力值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。