ANSYS身管武器系统振动控制技术(2)
参考文献 31
1 绪论
自拿破仑时代的6磅炮火炮到北约集团的155毫米火炮，历史上任一时期的战争中作为拥有巨大杀伤力的身管武器，其机动性必然是影响战争胜败的要素之一。而崎岖不平的战地上，如何为包括坦克，多管火箭等身管武器的运载体减振就成了影响该身管武器性能的重要一环。本文介绍的就是针对这些身管武器的运载体进行减振的一项新型的技术——磁流变液减振技术。
1.1 磁流变液简介
1948年，Rabinow率先提出了磁流变液的概念。它是一种将微米级尺寸的磁极化颗粒均匀分散在非磁性液体(如矿物油、硅油等)中而形成的悬浮液。无外加磁场作用时，磁流变液表现为流动性能良好的液体，并且其表观粘度很小。而在强磁场作用下，表观粘度则会增加两个数量级以上，并呈现出类固体的特性[1]。令人惊奇的是，磁流变液于磁场作用下的这种在液态和类固态之间的转化速度可以达到 至 秒，并且该过程可控可逆。
目前，磁流变液（Magnetorheological Fluid，简称MRF）的官方定义为一种由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非磁导性液体混合而成的悬浮液[2]。简单来说，磁流变液是由非胶体的细小颗粒分散溶于绝缘载液中而形成的。
磁流变液为一种能随着外加磁场强度的变化而发生改变流变特性的智能材料，通常为稳定剂、载体液和磁性微粒而组成的两相悬浮液[3][4]。基液需要具有低凝点、高沸点、低粘度、抗“磁击穿”、高化学稳定性等特性，一般为煤油或硅油[5]。导磁性悬浮颗粒需要具有低矫顽力和高磁导率，其直径一般为 微米，目前可用来制作磁流变液的一些导磁性悬浮颗粒的材料有：铁氧锶、铁氧钡、羰基铁、铁钴合金、铁镍合金等，通常使用较为便宜的羰基铁软磁粉，而用铁镍合金和铁钴合金制作的磁流变液和用羰基铁软磁粉制作的磁流变液相比拥有更好流变性能，但价格较贵。稳定剂作用为确保导磁性颗粒能够悬浮——既要保证铁磁颗粒不粘在一起，也要保证其不下沉。通常采用分子链较大的表面活性剂[6]。
基于磁流变液在磁场作用下的流变效应是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系[7]。磁流变液作为一种用途广泛、性能优良的智能材料，在很多方面或给予了人们新的思路，或实际解决了研究的瓶颈问题。尤其在阻尼器的制造方面，更是发挥了前所未有的推动作用。
1.2 磁流变液的发展
然而，从50年代到80年代，由于没有能够正确认识到磁流变液剪切应力的潜在性以及悬浮性、腐蚀性等问题，这种智能材料的发展进程一直非常缓慢。直到进人90年代，随着制备技术的大幅提高，磁流变液研究重新得到了人们的关注，并成为当下智能材料的研究领域一条重要的分支[8]。
现在，世界上已有十几个国家投巨资，对磁流变液进行加速研究和开发，竞相发展这一新型技术。其中，美国Lord公司的Carlson和Weiss在磁流变液性能研究及应用开发方面作出了尤为突出的贡献，使Lord公司成为了国际上第一个推出了商用磁流变液器的公司[9]。此外，美国加州州立大学的Zhu和Liu对磁流变液的流变学,尤其是其微观结构也进行了大量而深入的研究。美国Notre Dame大学的Dyke和Spencer将磁流变液阻尼器成功应用于地震回应的控制[10]。另外，白俄罗斯传热传质研究所的Kordonski在磁流变液的抛光以及密封等应用方面也取得了较大的进展[11]。德国的Kormann在对磁流变液的颗粒直径、表面层作了适当修饰改进后，研制出了较为稳定的纳米级磁流变液（结构几乎与磁流体完全相同），并在实验中验证了在0.2T的中等磁场作用下，其屈服应力可达到4kPa。