纳米磁性液体材料

作者：朱姗姗 著

页数：157

出版社：机械工业出版社

出版日期：2025

ISBN：9787111773962

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内容简介

本书在结构设计方面，针对精密测量仪器在随机激励作用下的工作环境，提出了五种结构类型的减振器模型，对减振器模型做了理论分析、仿真研究和试验测量，分析比较了五种结构类型减振器在不同振动状态下的响应。通过分析随机振动作用下磁性液体阻尼减振器的响应，给磁性液体阻尼减振控制系统的设计与振动限制规范提供了理论依据。
本书适合功能材料专业及研究纳米磁性材料的师生阅读，也可供相关专业的研究人员参考。

作者简介

朱珊珊，副教授，九三学社北方工大支委。主要教授《人工智能与智能制造》《液压与气动控制技术》《机械技术》《机械系统装配与调试》等课程。作为副主编撰写教材三本，《机械装配与调试》《机械课程设计》《机械加工实训》。

本书特色

是一本专注于纳米磁性液体在减振领域应用的著作。磁性液体是一种特殊的功能材料，既具有固体磁性材料的磁性，又具有液体材料的流动性，同时具有普通液体不具备的二阶浮力，磁性液体的这些特殊性质使其在阻尼减振领域的应用前景十分广阔。本书系统介绍了纳米磁性液体的特性及其在精密测量仪器减振中的应用，结合理论分析、仿真模拟和实验验证，提出了基于二阶浮力原理的减振器设计方法，为精密仪器的振动控制提供了创新解决方案。
本书是作者在多年研究“纳米磁性液体材料”基础上，结合国内外近年来公开发表的文献编写而成的。紧追纳米磁性材料的研究热点，从理论研究到实验制备，从纳米结构状态下电子结构，到纳米磁性材料的行业领域应用，可作为材料、能源环境、信息工程以及物理化学领域的的科学工作者、教师、工程技术专家的参考书籍。对于那些从事表面分析的专家，面对当今蓬勃发展的纳米科学与技术领域提出的众多课题，如何提高分析水平，本书所提供的分析范例及相关引文，亦具有实际参考价值。
书中详细探讨了永磁体悬浮力计算、减振器结构优化、磁性液体饱和磁化强度对减振性能的影响等关键问题，并通过ANSYS和Matlab仿真分析，验证了减振器在不同振动条件下的响应特性。此外，本书还创新性地应用3D打印技术解决了复杂结构加工的难题，并通过实验研究了温度、结构参数等因素对减振性能的影响。
本书内容深入浅出，理论与实践相结合，不仅适合功能材料专业师生阅读，也为相关领域的研究人员提供了宝贵的参考资料。无论是理论研究还是工程应用，本书都具有重要的参考价值。

目录

前言

磁性液体是一种新型纳米级功能材料，在磁场梯度作用下具有表面不稳定性。磁性液体是一种特殊的功能材料，既具有固体磁性材料的磁性，又具有液体材料的流动性，同时具有普通液体不具备的二阶浮力，磁性液体的这些特殊性质使其在阻尼减振领域的应用前景十分广阔。多年来，磁性液体阻尼减振器的研究符合新材料的开发与利用这一发展方向。目前国内对于磁性液体减振的研究大多数集中在对航天器、汽车悬架系统减振的研究，而对用于精密测量仪器的减振研究较为缺乏，而本书则主要介绍了精密仪器的磁性液体阻尼减振器。天平在称量过程中受环境影响会产生低频率、小振幅的振动，从而影响称量的准确性，且这个问题会影响许多厂矿化验室及科研院所的分析称量工作。
本书主要依据二阶浮力原理，提出了一款用于精密仪器的减振模型。该减振器结构简单，其减振性能主要适用于低频率、小振幅的局部减振。
在理论方面，本书基于二阶浮力原理，推导了该减振器中永磁体浸没于磁性液体中的悬浮力计算方法，得出了影响永磁体悬浮力的数学关系；结合磁性液体阻尼减振器的振动模型，研究了影响减振性能的各个因素，同时研究了各因素对减振性能的影响。
在结构设计方面，本书针对精密仪器受随机振动的影响，设计了不同的减振结构模型，采用理论分析研究、仿真模拟与计算及与试验验证相结合的方法，确定了影响磁性液体减振性能的结构参数。<p>磁性液体是一种新型纳米级功能材料，在磁场梯度作用下具有表面不稳定性。磁性液体是一种特殊的功能材料，既具有固体磁性材料的磁性，又具有液体材料的流动性，同时具有普通液体不具备的二阶浮力，磁性液体的这些特殊性质使其在阻尼减振领域的应用前景十分广阔。多年来，磁性液体阻尼减振器的研究符合新材料的开发与利用这一发展方向。目前国内对于磁性液体减振的研究大多数集中在对航天器、汽车悬架系统减振的研究，而对用于精密测量仪器的减振研究较为缺乏，而本书则主要介绍了精密仪器的磁性液体阻尼减振器。天平在称量过程中受环境影响会产生低频率、小振幅的振动，从而影响称量的准确性，且这个问题会影响许多厂矿化验室及科研院所的分析称量工作。<br />本书主要依据二阶浮力原理，提出了一款用于精密仪器的减振模型。该减振器结构简单，其减振性能主要适用于低频率、小振幅的局部减振。<br />在理论方面，本书基于二阶浮力原理，推导了该减振器中永磁体浸没于磁性液体中的悬浮力计算方法，得出了影响永磁体悬浮力的数学关系；结合磁性液体阻尼减振器的振动模型，研究了影响减振性能的各个因素，同时研究了各因素对减振性能的影响。<br />在结构设计方面，本书针对精密仪器受随机振动的影响，设计了不同的减振结构模型，采用理论分析研究、仿真模拟与计算及与试验验证相结合的方法，确定了影响磁性液体减振性能的结构参数。<br />在仿真方面，本书应用ANSYS软件仿真分析了五种结构类型减振器壳体中的永磁体悬浮高度，研究分析了悬浮高度随永磁体结构参数变化的规律，为试验中永磁体能够自悬浮提供了理论依据；同时运用Matlab软件分析了磁性液体阻尼减振器在平稳随机激励下的响应函数，通过分析随机激励作用下磁性液体阻尼减振器的响应，为控制系统的设计及其振动限制规范提供了理论依据。<br />在试验方面，本书研究了不同永磁体的结构参数、不同磁性液体的饱和磁化强度、不同减振器的端盖锥角、不同减振器壳体内壁锥角对减振器减振性能的影响。试验表明，永久磁铁在磁性液体中所受的悬浮力及减振器不同的结构参数、磁性液体的饱和磁化强度均对减振器的减振性能存在一定影响。<br />在同样的振动条件下，耗能质量块的直径尺寸对消振时间的影响表现为随着永磁体直径尺寸变大，耗能质量块与磁性液体之间的接触面积也随之相应地增大，那么磁性液体对耗能质量块产生的黏滞效应也随之相应增强，这样便使减振器的消振时间减少；但是当耗能质量块的直径尺寸超过某个临界尺寸时，在减振器工作过程中，耗能质量块可能会在某些状态下的某个位置与减振器壳体的内壁发生剧烈的碰撞，从而使减振时间增加。因此在其他因素不变的情况下，永磁体直径尺寸应该具有最优值。<br />五种结构类型减振器消振时间随永磁体长度变化的趋势一致，消振时间均为先缩短后延长。<br />当端盖锥角逐渐增大时，五种结构的阻尼减振器的消振时间随端盖锥角的增加均表现为消振时间缩短。<br />选用不同饱和磁化强度的磁性液体，五种结构的阻尼减振器在减振试验中随着饱和磁化强度的增加，消振时间缩短，当饱和磁化强度增加到一阈值时，消振时间达到极小值，当饱和磁化强度进一步增大时，消振时间反而逐渐延长。<br />随着减振器壳体内壁锥角的变化，五种结构类型的减振器消振时间发生了不同的变化，有的减振器的消振时间随着壳体内壁锥角的增大而逐渐缩短，有的减振器的消振时间随着壳体内壁锥角的增大而逐渐延长，为减振器的结构选型提供了一定依据。<br />在相同的振动激励条件下，使用简易型永磁体耗能质量块与使用工字形永磁体耗能质量块所需的消振时间随着初始振幅的不同也不一致。在直通孔型壳体的磁性液体阻尼减振器的减振试验中，使用简易型永磁体耗能质量块比使用工字形永磁体耗能质量块所需的消振时间更短。对于有内壁锥角的减振器壳体，当初始振幅为0.5mm和1mm时，使用简易型永磁体耗能质量块比使用工字形永磁体耗能质量块所需的消振时间更短；而当初始振幅为1.5mm和2mm时，使用简易型永磁体耗能质量块比使用工字形永磁体耗能质量块所需的消振时间更长，为减振器中永磁体耗能质量块的结构选型提供了一定依据。<br />随着温度的升高，饱和磁化强度会降低，所以随着温度的升高，五种结构类型的减振器在不同的初始振幅条件下，消振时间均会延长，且随着温度的升高，消振时间的延长幅度也会大大提升。<br />在上述研究的基础上，得出如下创新性的结论：<br />1）基于二阶浮力原理，推导得出了该减振器中永磁体浸没于磁性液体中悬浮力的计算方法，得出了影响悬浮力的数学关系。<br />2）结合磁性液体阻尼减振器的振动模型，分析得出了影响减振性能的主要因素及各个影响因素与减振性能之间的关系。<br />3）结合精密仪器的使用条件，创新设计了减振方法和磁性液体阻尼减振器的结构，并通过理论分析、仿真研究和试验测量等方法最终确定了减振器的结构参数；创新应用3D打印技术加工减振器壳体结构，解决了壳体内部复杂结构难以加工进行试验研究的困境。<br />4）应用仿真软件分析了在随机振动作用下的振动模型，得出了磁性液体阻尼减振器随机激励的响应，给振动控制提供了一定的理论依据。<br />5）创新设计了在汽车整车环境实验舱中进行的减振试验，研究了永磁体结构类型及参数尺寸、磁性液体的饱和磁化强度、减振器端盖锥角、减振器壳体内壁锥角、温度等因素对减振器减振性能的影响规律，提高了试验数据的可靠性，为提升减振器的减振性能及结构选型提供了有力的理论依据。<br />6）分析了磁性液体阻尼减振器单自由度振动系统在平稳随机激励下的响应函数，并用Matlab软件分析得出了响应自相关函数的图像，创新应用BP神经网络为振动控制系统的设计提供了数据依据。</p>