如何使用静态法向力优化？

（1）静态法向力与测试时间的关系

外加磁场作用下，采用泡沫金属储存磁流变液产生的静态法向力随着时间的变化曲线如图4.24 所示。在恒定磁场作用下，随着测试时间的延长，静态法向力变化较小，只有小幅波动，这与单纯测试的磁流变液静态法向力得到的结果一致。不同的是，该静态法向力由负值变为正值所需的磁场强度比单纯测试磁流变液的静态法向力大。例如：磁场强度为0.6 T 时，采用泡沫金属储存磁流变液得到的静态法向力约为0.5 N；而单纯测试磁流变液的静态法向力约为2.8 N。究其原因，主要在于施加磁场后，泡沫金属内部的基体骨架会影响磁性颗粒的移动，从而导致产生通链所需的磁场强度增大；同时，外加磁场力还需要克服重力及表面张力等作用，进一步使产生静态正值法向力的磁场强度变大。

（2）静态法向力与磁场强度的关系

静态法向力随着磁场强度的变化曲线如图4.25 所示。和4.4.1 节得到的结果类似，静态法向力随着磁场强度的增加而变大，而且磁场较小时，法向力随着磁场强度的变化较小；一旦法向力变为正值，则随着磁场的变化较快。同时，在磁场较小的区间（磁场强度小于0.1 T），初始静态法向力几乎没有发生变化，此时，由于外加磁场不足以使孔隙中的磁性颗粒发生移动并呈链状结构；随着磁场强度的增加，能够移动成链的磁性颗粒越来越多，静态法向力逐渐增大；当外加磁场强度超过临界值后（B=0.479 6 T），泡沫金属中的磁性颗粒移动形成通链，静态法向力变成正值；进一步增加磁场强度，孔隙中能够移动的磁性颗粒越来越多，形成的通链越来越多，法向力越来越大。

图4.24　静态法向力随测试时间的变化曲线

图4.25　静态法向力随磁场强度的变化曲线

为了进一步说明静态法向力的产生过程，图4.26 给出了外加磁场作用下，泡沫金属内的磁流变液表面形状的变化。图4.26（a）所示为没有磁流变液时泡沫金属的表面形态；对泡沫金属内部充满磁流变液并施加一定磁场强度后的磁流变液变化如图4.26（b）、（c）所示，其中B2 ＞B1 ＞0，施加不同磁场后，在磁场力的作用下，储存在泡沫金属里的磁性颗粒开始移动并沿着磁场方向形成有序结构，此时，泡沫金属表面开始不稳定，产生不同数量的凸起，磁场强度越大，这种表面不稳定越明显，形成的凸起数量越多，法向力越大，这与图4.25 所描述的静态法向力随着磁场强度的变化一致；撤掉磁场后，磁流变液在泡沫金属表面的形状变化如图4.26（d）所示，此时，大部分磁流变液流回泡沫金属，泡沫金属表面回归稳定状态，但由于剩磁的作用，仍有少部分磁流变液停留在泡沫金属表面。磁流变液在泡沫金属表面的形状演变过程可由图4.26（e）所示磁性颗粒的微观结构演变解释。磁场强度越大，形成的磁性颗粒链越多；去掉磁场后，这些颗粒链又恢复到原始的分散状态，在重力和表面张力等作用下，磁流变液流回到泡沫金属中。

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图4.26　泡沫金属内磁流变液表面随磁场变化的形状

（3）间距与磁场强度的关系

图4.27 所示为得到的平板间距与磁场强度的关系。与4.4.1 节的研究结果类似，磁场强度越大，间距也越大，间距在某一磁场区间保持恒定的时间越短，这主要与磁性颗粒成链的速度有关。但与4.4.1 节不同的是，间距从一平衡状态到达另一平衡状态的时间较长，说明采用多孔泡沫金属储存磁流变液后的动态响应时间变长。这不仅与重力和表面张力有关，还与泡沫金属内部的结构参数有关。

图4.27　平板间距随磁场强度的变化曲线

（4）静态法向力与温度的关系

实验得到3 个不同磁场强度、4 个温度（25 ℃，40 ℃，60 ℃和80 ℃）下，静态法向力随温度的变化如图4.28 所示。在同一磁场强度作用下，静态法向力随着温度的升高而增大，磁场强度越大，法向力的变化越大。磁场强度为0.2 T 时，初始状态下，法向力表现为吸引下板的负值，随着温度的升高，磁流变液体积开始膨胀，法向力逐渐增大，最终表现为排斥上板的静态法向力变为正值。而当磁场强度为0.6 T 和1.0 T 时，初始状态下，颗粒链已经足够多，法向力为正值，温度越高，基液粘度越低，磁流变液体积膨胀越大，静态法向力越大。

图4.28　静态法向力随温度的变化曲线