摘 要：详细介绍了磁流变液这种智能材料的组成、特性和流变机理。对基于这种智能材料的新型阻尼减振器的结构、原理和动态力学特性作了深入论述，展望了该新型磁性智能材料及其器件的良好应用前景。
关键词：磁流变液；减振器；力学特性
magnetorheological fluids and structure and characteristics
of mr damper
xiong chao, zheng jian, zhang jin-qiu, zhang li
the 1st department, ordnance engineering college, shijiazhuang 050003, china
abstract: in this paper, the compositions, characteristics and rheology mechanism of a new kind of smart material magnetorheological fluids (mrf) were introduced firstly. based on this intelligent material, a type damper was designed, and its structure, principle and mechanics characteristics were studied. application foreground of mr fluids and its devices was prospected.
key words: magnetorheological fluids; damper; mechanics characteristic
1 引言
磁流变液（magnetorheological fluids，简称mrf）属可控流体，是当前智能材料研究的一个重要分支[1]。在无外磁场作用时，其具有良好的流动性，而在强磁场作用下，磁流变液可在毫秒级时间内连续、可逆地转变为具有高粘度、低流动性的bingham体，其表观粘度可增大两个数量级以上，呈现类似固体的力学性质。正是它的这种特性连续、可逆、迅速和易于控制的特点，使得磁流变液装置能够成为电气控制与机械系统间简单、安静而且响应迅速的中间装置[2]。近年来，对磁流变液及其应用器件的研究引起了国内外学者和工业界的广泛兴趣，美、日、英、法、德等发达国家均投入了巨大的财力和物力开展这方面的研究[3]。目前，磁流变液已经开始应用于减振器、主动驱动器、制动器、研磨（抛光）工艺、阀门和密封等众多应用领域中，被认为是未来最具前途的智能材料之一。本文将对这种智能材料的组成、特性和流变机理作一详细介绍。并对基于这种智能材料制作的新型阻尼减振器的结构、原理和动态力学特性作了深入研究。
2 磁流变液的组成、特性及机理
2.1 磁流变液的组成
磁流变液通常由以下三种成分组成：（1）具有高磁导率、低矫顽力的微小磁性微粒，如铁钴合金、铁镍合金、羰基铁等软磁材料。由jolly和ginder等人[4]建立的磁流变液理论剪切屈服强度的计算公式可知，磁流变液的极限剪切屈服强度与磁性颗粒的饱和磁化强度的平方成正比。（2）母液，又称溶媒，是磁性微粒悬浮的载体。为了保证磁流变液具有稳定的理化特性，母液应具有低粘度、高沸点、低凝固点、较高密度和极高“击穿磁场”等特性。目前，较为常用的母液是硅油。另外，一些高沸点的合成油、水以及优质煤油等也可作为磁流变液的母液；（3）表面活性剂，其主要作用是包覆磁性微粒并阻止其相互聚集而产生凝聚，减少或消除沉降。
2.2 磁流变液的特性及流变机理
磁流变液由人工方法合成，集固体属性和流体流动性于一体，其流变特性，如粘度、塑性、弹性等会随外加磁场的改变而迅速变化。实验表明，在没有磁场作用时，粒子悬浮在母液中，在空间随机分布，如图1a所示，磁流变液符合牛顿流体的本构关系，具有较低的粘度。而施加磁场后，磁性微粒克服热运动作用而沿磁场方向结成链状结构，如图1b所示。一条极化链中各相邻粒子间的吸引力随外加磁场强度的增强而增大。当磁场增至临界值时，磁偶极子的相互作用超过热运动，则磁性微粒热运动受缚，此时磁流变液呈现固体特性。这一固-液两相转变的过程是可逆的，能够通过改变磁场而平稳、快速地完成，一般转换时间都为毫秒级。磁流变液的这种特性被称为磁流变效应（mre）。
处于外磁场中的磁流变液表现出具有一定屈服应力的类似于固体的本构关系。其剪切屈服应力可用bingham模型表示：
式中是磁流变液的剪切屈服应力；是磁流变液的屈服强度，随磁感应强度的增大而增大，b为磁感应强度；是流体的剪切应变速率；是流体的动力粘度。
3 磁流变减振器的结构和工作原理
磁流变减振器是以磁流变体这种新型的智能材料作为减振器的工作液，并在减振器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来调整磁场强度进而改变磁流变液的粘度，实现阻尼可调的目的。根据磁流变液在减振器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变减振器可分为流动模式（flow mode）、剪切模式(shear mode)、压缩模式(squeeze mode)以及这三种基本模式的任意组合。
流动模式的磁流变减振器简化结构如图2a所示，它是将磁流变液置于两固定
