振荡剪切力与磁场的关系

（1）振荡剪切法向力与时间的关系

施加不同磁场，振荡剪切法向力随测试时间的变化曲线如图4.29 所示。在较小恒定磁场作用下，法向力随着时间的变化波动较小，但最终都有略微增加的趋势，这与随着时间的延长，磁流变液中磁性颗粒链的增加有关；而当磁场强度较大时，随着时间的延长，法向力的波动比较明显，磁场越大，磁流变液中被磁化可自由移动的磁性颗粒越多，可形成的颗粒链也越多，但由于多孔泡沫金属特有的复杂骨架结构，在一定程度上限制了颗粒的成链，正是颗粒的成链与骨架阻碍之间的相互作用使法向力产生波动。

图4.29　振荡剪切法向力随时间的变化曲线

（2）振荡剪切法向力与磁场强度的关系

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4.30 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4.30　振荡剪切法向力随磁场强度的变化曲线

（3）振荡剪切法向力与应变的关系

频率为1 Hz，不同磁场强度，梯度扫描应变幅值下，振荡剪切法向力与应变幅值的关系如图4.31 所示。由图可知，法向力随着应变幅值的增加而增大。初始状态下（B=0），法向力的值为负值，当磁场强度达到0.6 T 时，法向力才变为正值。相对于4.4 节磁流变液法向力随磁场强度的变化，由于重力、表面张力以及多孔泡沫金属复杂的网状结构对磁性颗粒运动的影响，此时产生正值的法向力所需的磁场强度明显比前者大。

图4.31　振荡剪切法向力随应变幅值的变化曲线(www.xing528.com)

此外，从图中还可以看到，对于恒定磁场，法向力随着应变幅值的变化被划分为两个区域。应变幅值小于临界值时，法向力随着应变幅值的增大而急剧增加，特别是在高磁场强度下，这种变化更为明显；而一旦应变幅值超过该临界值，法向力随着应变幅值的增加小幅增大，且该临界应变幅值与外加磁场强度的大小相关。虽然剪切作用破坏了形成的颗粒链，但随着磁场强度的增加，其中被破坏的磁性颗粒（或短链）不断重新组合成长链，最终达到一个新的平衡状态。当磁场强度足够大时，微观上磁性颗粒成链作用大于链的破坏，增大了法向力。

（4）振荡剪切法向力与频率的关系

图4.32 所示为应变幅值为1%，扫描频率从1 Hz 到50 Hz，不同磁场强度的振荡剪切法向力随频率的变化。从图中可以看出，磁场强度较低时，法向力随频率的增加略微减小；而当磁场强度较大时，法向力随着频率的增加先略微增大后几乎没有明显变化。总体来说，振荡剪切法向力随着频率变化不大。郭朝阳认为在线性粘弹区和非线性粘弹区，振荡剪切法向力随着频率的变化不同，而在非线性粘弹区，磁流变液的微观结构变化很小，法向力的值几乎保持不变。

图4.32　振荡剪切法向力随频率的变化曲线

（5）振荡剪切法向力与温度的关系

为了研究振荡剪切法向力变化与温度的关系，分别测试了25 ℃，40 ℃和60 ℃3 种不同温度在不同磁场作用下对法向力的影响。图4.33 为扫描应变幅值对数变化从0.000 1%到1%，磁场强度为1.0 T 时，振荡剪切法向力随应变幅值的变化曲线。在固定频率下，法向力随着温度的升高而增大。而在同一温度下，法向力随着应变幅值的变化呈现3 个不同区域：在应变幅值较小的区间，振荡剪切法向力随着应变幅值的增加略微增大；在中应变幅值区间，法向力几乎为一稳定值；当应变幅值较大时，温度为25 ℃和40 ℃时，法向力随着应变幅值的增大而减小，而当温度为60 ℃时，振荡法向力随着应变幅值的增加而增大。法向力随温度及应变幅值的这种变化主要与外加磁场强度的大小和布朗运动有关。随着温度的升高，基液的粘度降低，体积膨胀，磁性颗粒随着磁场强度的增加而更容易移动成链，从而法向力也变大。同时，温度越高，布朗运动越激烈。因此，不同温度下，法向力随着应变幅值的这种变化取决于外加磁场强度的大小与布朗运动的竞争关系。

图4.33　不同应变幅值下振荡剪切法向力随温度的变化曲线

图4.34 所示为应变幅值为1%，磁场强度为1.0 T，从1 Hz 到50 Hz 的扫描频率，不同温度下，振荡法向力随着频率的变化。由图可知，在恒定频率下，温度越高，法向力越大，这和不同磁场作用下法向力随着应变幅值的变化趋势相同。而在同一温度下，法向力都存在不同程度的波动，这主要与颗粒链的不断破坏与重组相关。

图4.34　不同频率下振荡剪切法向力随温度的变化曲线