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惠普Jagadish l . Ravikumar, ”温度和电场对ER流体的阻尼和刚度特征短压膜阻尼器”,摩擦学的发展, 卷。2013年, 文章的ID526428年, 10 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/526428
温度和电场对ER流体的阻尼和刚度特征短压膜阻尼器
文摘
压膜阻尼器是新颖的转子动态设备用来减轻小振幅,大部队使用振动和结合滚动轴承在飞机喷气发动机轴承提供外部阻尼这些拥有很少的固有阻尼。电流变(ER)液可控流体在流体的流变特性,尤其是粘度,可以按照控制要求的转子动态系统通过控制应用电场的强度和压膜阻尼器可以利用这个属性,提供变刚度和阻尼在一个特定的激励频率。本文调查了温度、电场对表观粘度的影响和动态刚度和阻尼特性的ER流体(硅藻土在变压器油)暂停使用可用的文学。这些特征增加与这个领域随着粘度的增加。然而,这些特征与温度和剪切应变速率的增加减少液体的粘度随温度和剪切应变率。温度是一个重要的参数,飞机喷气发动机转子位于一个高温度梯度和带阻尼液容易大温度的变化。
1。介绍
可控流体的应用在工程领域在1980年代初开始探索的兴趣研究材料和流体响应应用电场显著改变其流变行为。这些可控流体的基本特征是他们的能力从液态变成固态凝胶在电场的作用下。这些材料通常称为电流变(ER)液,通常是低粘度的胶体悬浮液。应用电场时,流体经历了一个看似可逆过渡到固体以毫秒为单位,能够支持静态载荷下相当大的压力没有屈服。威利斯·m·温斯洛(1949)是第一个发现一个ER流体的概念,介绍了控制电滞的表观粘度的流体通过电场。
ER流体通常由基液,通常是某种类型的低粘度液体绝缘,混合导电粒子(1 - 10的范围μ米直径),如玉米淀粉、石膏和锂盐。
自其力学性能可以很容易地控制在一个范围广泛应用电压(几乎从纯液体到固体),ER流体可以作为一个机电接口在各种工业领域。ER流体可以用于汽车离合器、制动器,阻尼系统。在振动阻尼系统中,可变粘度的流体是由应用程序最满意的智能液体(ER和流体先生)。场的变化引起的表观粘度和剪切应力发生改变这个属性是成功地用于应用程序包括阀门、阻尼器、离合器和自适应结构,但应用在转子动力学远非令人满意,需要相当大的关注1- - - - - -3]。有限的信息是可用的关于ER流体的刚度和阻尼特性及其应用在活跃的轴承和压膜阻尼器》杂志上。而通用方面和应用先生和ER流体的处理在一定程度上(4,5),分享他们的前途的特点,只有在过去的十年中,一些作品的文学出现在转子阻尼器(6,7]。可用以来文学的影响温度对ER流体压膜阻尼器的刚度和阻尼特性非常稀疏,探讨这些方面在短压膜阻尼器使用粘度和温度之间的关系获得特定ER流体的悬挂硅藻土在变压器油。
2。Herschel-Bulkley模型
一维Herschel-Bulkley模型用于ER流体的剪切稀化建模在post-yield地区。这个模型的本构方程(9)是 在哪里剪切应力,剪切应变率,是动态屈服应力。和两个参数描述曲线的大小和坡度。的参数有时被称为“一致性指数。“指数是无量纲的,叫做“行为指数。“两和取决于材料性能和工作条件如温度和摩擦。
稳定剪切流,假设,(1 b)可以写成
因此,表观粘度 剪切稀化的ER悬浮液,表观粘度随剪切速率的增加而减小。温度影响的值和并负责ER流体的表观粘度的变化。
3所示。ER流体的温度对粘度的影响
ER流体的温度变化由于工作条件如摩擦,或电力损耗,可能影响其性能在ER设备。温度降低ER流体的粘度,因此影响了压膜阻尼器的静态和动态特性。ER流体的粘温关系在特定电场强度可以通过指数衰减型雷诺方程建模或列出的阿仑尼乌斯方程(4)和(5),分别为 在哪里是温度和和系数。这是一个经验模型,通常适用于有限的温度范围 在哪里活化能和吗是通用气体常数。一阶的另一个名字是流体与指数幂律流体粘度对温度的依赖性。
这也可以被视为 在哪里。
4所示。压膜阻尼器的刚度和阻尼特性与轨道运动
这些压膜阻尼器(图2)在飞机发动机转子和找到应用程序通常是安装在滚动体轴承,很少或根本没有固有阻尼与不平衡响应,特别是在临界速度,消除转子动态不稳定。提出了轨道的坐标为(10] 忽略了刚度计算,系统上的径向和切向力 直接阻尼系数 和cross-coupled阻尼系数 力的径向分量被认为是一个刚度力定义为直接刚度系数由 压膜速度 目前情况下的雷诺方程零自旋速度对于短轴承的情况减少了 执政的雷诺方程的短轴承零自旋速度
短轴承近似适用于案件中,海豹缺席。短轴承近似,《轴保持平行稳态操作条件下的轴承。在这种情况下,周向压力的变化是可以忽略不计的轴向压力变化,雷诺方程的修改 电影是通过集成的压力分布 上述方程中的常数计算的边界条件
图的坐标系统在哪里1估计中途沿着吗轴承(垂直于这个平面的纸)。两个常数评价给的压力,,因为 使用膜厚度方程和忽视发散楔中的压力分布,也就是说,使用半索姆费尔德,一个 考虑到平衡的杂志,负载能力可以从集成获得以下方程: 在哪里 负载能力,,是 阻尼器的径向和切向力生成的组件的负载能力和被定义为 直接刚度、直接阻尼和cross-coupled阻尼系数,分别
5。方法提出
电场强度的影响以及温度对理论压膜动态(阻尼和刚度)特征可以获得使用粘温关系[8)使用阻尼器规格和相关ER流体数据表中列出1,2(一),2分别(b)。
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| (一) | |||||||||||||||||||||||||
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| (b) | |||||||||||||||||||||||||
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6。结果和讨论
理论结果在讨论两个标题:(一)温度对粘度的影响和动态特性(刚度和阻尼特性),(b)电场强度和剪切应变率效应对粘度和动态特性(刚度和阻尼特性)。
6.1。温度对粘度的影响、刚度和阻尼特性
本节介绍了温度对粘度的影响和压膜阻尼器的动态特性中给出的规格表1,2(一),2(b)。
温度对粘度的影响在不同的应变率没有电场呈现在图2。粘度随温度由于放松的纤维结构与温度。
图3表明粘度随温度的变化与应用电场2.5 kV /毫米。粘度与应变率还发现减少的数字2和3因为ER流体剪切稀化流体。然而,应该注意到,粘度增加的作用下很多订单。
常数和温度- ER流体的粘度模型(使用雷诺方程或中阿仑尼乌斯方程(4)和(5),分别地展示在表3。
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温度对直接刚度的影响,直接阻尼,cross-coupled阻尼系数提出了通过数字4(一),4 (b),5(一个),5 (b),6(一),6 (b)电场强度的0 kV /毫米和2.5 kV /毫米。依照(动态系数随温度降低4)和(5),分别。
(一)
(b)
(一)
(b)
(一)
(b)
6.2。电场强度和剪切应变率效应对粘度、ER压膜阻尼器的刚度和阻尼特性
ER流体的表观粘度中描述数据7(一)和7 (b)剪切应变率的函数对不同电场强度,kV /毫米和2.5 kV /毫米,分别。粘度增加很多订单的应用领域和随剪切应变率增加这些图的设想。
(一)
(b)
电场的影响ER阻尼器的动态特性提出了温度20°C和60°C,通过数据没有电场8,9,10剪切应变率的函数。所有的动态特性表现出了相同的行为,增加电场通过数字8,9,10从这些情节,分别是明显的。然而,这些特征随温度降低通过数据可以看出8,9,10分别为20°C和60°C的温度。然而,动态特性随应变速率增加而减少按照粘度行为(剪切稀化流体)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
7所示。结论
温度的影响的动态刚度和阻尼特性提出了一个ER流体短压膜阻尼器。动态系数增加由于电场与电场增加粘度,因为它产生的纤维链或层阻碍液体的流动,因此增加了粘度。然而,在高温下会发生相反的效果和原纤结构被打破在这个温度导致粘度下降。这些系数,因此,降低ER流体的温度增加。他们还与剪切应变速率降低粘度随剪切应变率。为特定的阻尼器配置,这些系数增加与减少间隙,增加比和偏心率。
命名法
| : | 总剪切应力,N / m2(Pa) |
| : | 动态屈服应力,N / m2(Pa) |
| : | 场独立的塑性粘度,Ns / m2 |
| : | 激励频率、rad / s |
| : | 密度,公斤/米3 |
| : | 姿态角、学位 |
| : | 阻尼器的角坐标,学位 |
| : | 剪切应变率,年代−1 |
| : | 表观粘度的领域,不是 |
| : | 在阻尼间隙,m |
| : | 短轴承径向阻尼系数,MNs / m |
| : | 短轴承cross-coupled阻尼系数,MNs / m |
| : | 短轴承切线或直接阻尼系数,MNs / m |
| : | 阻尼器直径、米 |
| : | 偏心或旋转半径,m |
| : | 电场强度、kV /毫米 |
| : | 在阻尼器径向力,N |
| : | 切向力, |
| : | 一致性指数和 |
| : | 短轴承直接刚度系数,GN / m |
| : | 阻尼器的长度,m |
| : | 流体参数和 |
| : | 偏心率= |
| : | 粘度指数或行为指数 |
| : | 阻尼半径,米 |
| : | 符号函数 |
| : | 时间,年代 |
| : | 表面速度,m / s |
| : | 径向旋转速度,m / s |
| : | 切向速度旋转,m / s |
| ,,: | 坐标轴。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
引用
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版权
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