專利名稱：巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，尤其涉及一種巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試
裝置
背景技術(shù)：
巨電流變體是由可極化的介電微粒分散于基液中形成的一種懸浮液，在電場(chǎng)的作用下其粘度、剪切強(qiáng)度、流變行為等可隨電場(chǎng)的變化瞬間發(fā)生可逆、可控轉(zhuǎn)變，當(dāng)加載電場(chǎng)時(shí)，其粘度、剪切強(qiáng)度等性能瞬時(shí)發(fā)生變化，由易流動(dòng)的低粘度流體變?yōu)椴煌ざ攘黧w、難流動(dòng)粘彈性體或不流動(dòng)的高粘度固體。當(dāng)電場(chǎng)撤去后，它又可以在毫秒時(shí)間或更小時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到它的初始狀態(tài)——流體狀態(tài)，而且所需能量很小，能從自身表層或外部獲取關(guān)于環(huán)境條件的變化信息，并進(jìn)行判斷、處理和做出響應(yīng)，適時(shí)改變自身結(jié)構(gòu)與阻尼功能并使其很好地與外界協(xié)調(diào)，具有自適應(yīng)智能調(diào)節(jié)功能。這種可逆、可控的連續(xù)變化特性，以及良好的電控行為，在國(guó)防裝備、交通工具、液壓設(shè)備、機(jī)械制造業(yè)、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。自適應(yīng)智能電流變體阻尼減振器集機(jī)械、智能傳感控制和智能材料結(jié)構(gòu)等先進(jìn)技術(shù)于一體，充分發(fā)揮巨電流變體的固有特性，通過(guò)在阻尼器等裝置上設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)的電壓發(fā)生調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)改變電場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)調(diào)整電場(chǎng)中的電流變體的粘度，從而調(diào)節(jié)阻尼力，可極大簡(jiǎn)化部件結(jié)構(gòu)，使部件重量大幅減輕；可以制備出構(gòu)造簡(jiǎn)單、工藝易行的新型電流變體阻尼減振、隔振器。而且阻尼減振、隔振器靈敏度高、噪聲小、壽命長(zhǎng)、成本低；可與計(jì)算機(jī)、傳感探測(cè)、智能控制等相結(jié)合根據(jù)器件的運(yùn)動(dòng)特性和服役環(huán)境狀態(tài)來(lái)瞬間匹配和調(diào)節(jié)電流變體的黏度，控制阻尼力、以最快的速度和最短的時(shí)間回復(fù)到平衡的狀態(tài)。巨電流變體減振器和隔振器主要利用充填在其中的巨電流變體，在電場(chǎng)作用下，表觀粘度的變化，阻尼特性顯著而迅速變化這一效應(yīng)，使它們的阻尼力或阻尼系數(shù)可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，來(lái)達(dá)到阻尼可控的目的。同時(shí)巨電流變體阻尼器具有的響應(yīng)快速，很容易達(dá)到毫秒級(jí)的水平；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；工作時(shí)，功耗小、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)智能化振動(dòng)控制的新一代高性能裝置。電流變效應(yīng)是由于電場(chǎng)對(duì)于微粒的極化作用而產(chǎn)生的.在電場(chǎng)作用下，微粒的正負(fù)電荷分離，正電荷移向微粒最靠近負(fù)電極的一側(cè)，而負(fù)電荷則移向微粒最靠近正電荷的一側(cè)，微粒排列成鏈狀結(jié)構(gòu)，從一個(gè)電極延伸到另一個(gè)電極，而在沒(méi)有形成微粒鏈的間隙處，微粒之間相互吸引而構(gòu)成纖維狀排列。當(dāng)鏈條受到剪切作用時(shí)，微粒被拉開，由于電荷仍在相互吸引，從而產(chǎn)生剪切應(yīng)力。外加電場(chǎng)越高，這種電荷之間的吸引力越強(qiáng)，故剪切應(yīng)力越大。然而一直以來(lái)電流變體的抗剪切強(qiáng)度較低，需要加載較高的外場(chǎng)電壓，穩(wěn)定性不高，使其應(yīng)用范圍受到很大限制，嚴(yán)重阻礙了巨電流變體的發(fā)展。2003年開發(fā)的巨電流變體，使其剪切強(qiáng)度超過(guò)IOOkPa,這一突破性進(jìn)展向人們展示出巨電流變體的巨大應(yīng)用價(jià)值，在國(guó)內(nèi)外激發(fā)起從巨電流變體材料到巨電流變體阻尼器等結(jié)構(gòu)研究的熱潮。盡管理論上巨電流變體有巨大的應(yīng)用潛力，但實(shí)際應(yīng)用不多。其主要原因在于目前幾乎所有的巨電流變體都無(wú)法同時(shí)滿足高的綜合力學(xué)性能、良好溫度和懸浮穩(wěn)定性等的應(yīng)用需求。針對(duì)阻尼設(shè)備等特殊需求的巨電流變體特性研究及其器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及按照器件特性需求的材料、結(jié)構(gòu)、器件、控制一體化設(shè)計(jì)更為缺乏。巨電流變體的發(fā)現(xiàn)向人們展示出電流變體的巨大應(yīng)用價(jià)值，在電流變體的應(yīng)用方面，世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家均先后投入巨資開發(fā)了多種電流變體器件，一些西方國(guó)家的國(guó)防及工業(yè)部門投入數(shù)以億計(jì)的資金，進(jìn)行電流變材料及其阻尼器件的研究。美國(guó)“聯(lián)邦科學(xué)工程和技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)”將電流變體的研究列為一個(gè)重要領(lǐng)域，美國(guó)能源部“關(guān)于電流變體研究需求估量的最終報(bào)告”中指出，“電流變體有潛力成為電氣一轉(zhuǎn)換中能源效率最高的一種，而且價(jià)格合理、結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快速、經(jīng)久耐用以及可變的動(dòng)態(tài)范圍，這些特性是任何其它電氣一轉(zhuǎn)換方法都無(wú)法做到的”?，F(xiàn)有電流變體剪切強(qiáng)度的測(cè)試方法有圓筒式和平板式兩種，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，一般外筒固定，比較容易控制粘度測(cè)量時(shí)所需控制的溫度，但其一個(gè)最大的缺點(diǎn)是不能用于高轉(zhuǎn)速(或高剪切速率)下對(duì)低粘度流體的測(cè)試因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的內(nèi)筒有可能使粘附在其上的液體產(chǎn)生巨大的離心力，而使測(cè)量所必須保證的層流狀態(tài)由于渦旋變?yōu)榉菍恿鳡顟B(tài)。，并最終形成湍流，使測(cè)量誤差巨大。同時(shí)，兩個(gè)圓筒之間的直徑或者半徑比所帶來(lái)的差異是很大的，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其有嚴(yán)格的規(guī)定，1.00 ( R2ZiR1 ^ 1.10;嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，兩圓筒間不同半徑處其剪切應(yīng)力和剪切速率是不同的，但對(duì)牛頓流體，則認(rèn)為兩者是相同的。圓筒式測(cè)試時(shí)雖然轉(zhuǎn)速低但是仍然有剪切速率，而且剪切速率的非線性也影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，無(wú)法真實(shí)反映靜態(tài)性能，存在端面效應(yīng)，極板的粗糙度影響測(cè)量結(jié)果，尤其是在低的粗糙度時(shí)。平板式極板的粗糙度直接影響測(cè)量結(jié)果，尤其是在低的粗糙度時(shí)，打滑是影響測(cè)量結(jié)果的主要因素之一。同時(shí)其四周的邊界端面效應(yīng)也是不容忽視的，只有當(dāng)兩個(gè)板足夠大時(shí)，其產(chǎn)生的剪切力才真實(shí)地反映巨電流變體的性能。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和實(shí)現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種測(cè)量準(zhǔn)確的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置。本實(shí)用新型所要解決的又一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種測(cè)量方便快捷的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括金屬材料試驗(yàn)機(jī)、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成端口并內(nèi)置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體并一端與金屬材料試驗(yàn)機(jī)連接，另一端軸向通入剪切筒的端口并伸入到巨電流變體內(nèi)。所述剪切筒端口設(shè)有一軸向中空的導(dǎo)向套，而所述的剪切棒則貫穿通過(guò)該導(dǎo)向套。導(dǎo)向套可保證剪切棒沿著水平方向移動(dòng)，起到導(dǎo)向穩(wěn)定作用。作為優(yōu)選，所述剪切筒和剪切棒的長(zhǎng)徑比均彡5。作為優(yōu)選，所述剪切棒的直徑> 2mm。進(jìn)一步，所述的剪切筒也為柱體。所述的剪切棒可以是軸向中空，所述的剪切棒也可以是實(shí)心材質(zhì)。作為優(yōu)選，所述 的金屬材料試驗(yàn)機(jī)采用由協(xié)強(qiáng)儀器制造(上海)有限公司提供的CTM6001微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。當(dāng)然也可以采用其他的金屬材料試驗(yàn)機(jī)，這里不在 列舉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:依據(jù)金屬材料試驗(yàn)機(jī)上顯示的力的數(shù)值除以剪切棒的橫截面即可獲得巨電流變體剪切強(qiáng)度，方便快捷。同時(shí)，不存在剪切速率的非線性的問(wèn)題和端面效應(yīng)問(wèn)題，能真實(shí)反應(yīng)剪切力的大小，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性極高。

圖1為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1，如圖1所示，巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置包括金屬材料試驗(yàn)機(jī)1、剪切棒3及剪切筒2，剪切筒2為柱體并一端開口形成端口，剪切筒2配置有一堵頭5，剪切筒2內(nèi)置有巨電流變 體6，剪切棒3為柱體并一端與金屬材料試驗(yàn)機(jī)I連接，另一端軸向通入剪切筒2的端口并伸入到巨電流變體6內(nèi)。進(jìn)一步，剪切筒2端口設(shè)有一軸向中空的導(dǎo)向套4，剪切棒3貫穿通過(guò)導(dǎo)向套4。剪切筒2和剪切棒3的長(zhǎng)徑比均彡5。金屬材料試驗(yàn)機(jī)I采用由協(xié)強(qiáng)儀器制造(上海)有限公司提供的CTM6001微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。巨電流變體剪切強(qiáng)度的測(cè)試方法，包括如下步驟:先給巨電流變體6加載電場(chǎng)，將金屬材料試驗(yàn)機(jī)I啟動(dòng),金屬材料試驗(yàn)機(jī)I以恒定的速度推動(dòng)剪切棒3在具電流變體6內(nèi)水平移動(dòng)，金屬材料試驗(yàn)機(jī)I上顯示出剪切棒3受到的力F，然后根據(jù)公式t=F/S，計(jì)算出在特定加載的電場(chǎng)下，巨電流剪切強(qiáng)度τ的大小，公式中的S為剪切棒3的橫截面的面積。本實(shí)施例中的剪切棒材料為Τ10，剪切棒為實(shí)心材質(zhì)，直徑3mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08。剪切筒的直徑為50mm，剪切筒的長(zhǎng)度選300mm，剪切筒壁的粗糙度足夠大，Ra彡12.5，剪切筒的材料40CrMo。適合測(cè)量小于80kPa的剪切強(qiáng)度。實(shí)施例2，本實(shí)施例中的剪切棒材料為T10，剪切棒為實(shí)心材質(zhì)，直徑5mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08，剪切筒的直徑為50mm，剪切筒的長(zhǎng)度選150mm，剪切筒壁的粗糙度足夠大，Ra彡12.5，剪切筒的材料40CrMo。適合測(cè)量80kPa 200kPa的剪切強(qiáng)度。其他結(jié)構(gòu)參考實(shí)施例1。實(shí)施例3，本實(shí)施例中的剪切棒材料為T10，剪切棒為軸向中空，內(nèi)徑為8mm，外徑為12mm，剪切棒的粗糙度足夠小，Ra ( 0.08，剪切筒的直徑為50mm。適合測(cè)量小于500kPa的剪切強(qiáng)度。其他結(jié)構(gòu)參考實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.一種巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括金屬材料試驗(yàn)機(jī)、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成端口并內(nèi)置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體并一端與金屬材料試驗(yàn)機(jī)連接，另一端軸向通入剪切筒的端口并伸入到巨電流變體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述剪切筒端口設(shè)有一軸向中空的導(dǎo)向套，而所述的剪切棒則貫穿通過(guò)該導(dǎo)向套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述剪切筒和剪切棒的長(zhǎng)徑比均> 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述剪切棒的直徑 > 2_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述的剪切筒也為柱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述的剪切棒為軸向中空，或所述的剪切棒為實(shí)心材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于所述的金屬材料試驗(yàn)機(jī)采用由協(xié)強(qiáng)儀器制造(上海)有限公司提供的CTM6001微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 。
專利摘要一種巨電流變體剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括金屬材料試驗(yàn)機(jī)、剪切棒及剪切筒，該剪切筒一端開口形成端口并內(nèi)置有巨電流變體，前述剪切棒為柱體并一端與金屬材料試驗(yàn)機(jī)連接，另一端軸向通入剪切筒的端口并伸入到巨電流變體內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于依據(jù)金屬材料試驗(yàn)機(jī)上顯示的力的數(shù)值除以剪切棒的橫截面即可獲得巨電流變體剪切強(qiáng)度，能真實(shí)反應(yīng)剪切力的大小，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性極高。
文檔編號(hào)G01N11/10GK203083903SQ20132004697
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者譚鎖奎, 紀(jì)松, 趙紅, 董旭峰, 郭紅燕, 張廣明, 齊民 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第五二研究所