Magnetic fluids are substances with controllable rheological properties, containing nano- or micro- sized particles with magnetic properties suspended in a carrier fluid. The production of such fluids poses various challenges, but the critical issue is the fabrication of magnetically active particles of known size and required properties. They are usually produced using the ‘bottom-up’ method, where larger structures are formed during chemical synthesis and physical processes. This method is the most economical and practical in terms of efficiency, mainly when producing nanoparticles. The essence of the second method, ‘top-down,’ involves the fragmentation of the material, mainly through chemical-mechanical processes like milling. This method takes more time but does not involve the generation of environmentally harmful substances. It is characterized by simplicity and provides greater control over the sizes of the produced particles. The paper presents the results of research on the production of magnetic fluids based on carbonyl iron powder, which was fragmented using a planetary micro-mill. Powders differing in particle size and magnetic properties were considered. Oleic acid and oleoyl sarcosine were used as surfactants. Particle size and rheological properties of the obtained magnetic fluids were examined. The aim of the study was to determine the feasibility of producing magnetic fluids on a laboratory scale with designed physicochemical parameters. The research outcome is developing a procedure for obtaining a magnetic fluid that combines ferrofluid and magnetorheological fluid characteristics.
PL
Ciecze magnetyczne to substancje o sterowalnych właściwościach reologicznych, zawierające nano- lub mikrocząstki o właściwościach magnetycznych, zawieszone w cieczy. Problematyka wytwarzania tego typu cieczy obejmuje szereg wyzwań, jednak kluczowym zagadnieniem jest sposób wytwarzania aktywnych magnetycznie cząstek o znanym rozmiarze i wymaganych właściwościach. W większości przypadków wytwarzane są one metodą „bottom-up”, czyli większe struktury powstają podczas syntezy chemicznej oraz przy pomocy procesów fizycznych. Jest to metoda najbardziej ekonomiczna i praktyczna ze względu na wydajność, szczególnie w przypadku wytwarzania nanocząstek. Istota drugiej metody „top-down” polega na rozdrabnianiu materiału, głównie za pomocą procesów chemiczno-mechanicznych jak mielenie. Wiąże się to z dłuższym czasem, ale metoda ta nie wiąże się z generowaniem szkodliwych dla środowiska substancji. Cechuje się ona prostotą oraz występuje większa możliwość kontroli rozmiarów wytwarzanych cząstek. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wytwarzania cieczy magnetycznych na bazie proszku żelaza karbonylkowego, który rozdrabniano z wykorzystaniem mikromłynka planetarnego. Wzięto pod uwagę proszki różniące się wielkością cząstek oraz właściwościami magnetycznymi. Jako surfaktant zastosowano kwas oleinowy oraz sarkozynian oleilowy. Zbadano wielkość cząstek oraz właściwości reologiczne otrzymanych cieczy magnetycznych. Celem pracy było określenie możliwości wytwarzania cieczy magnetycznych w skali laboratoryjnej o projektowanych parametrach fizykochemicznych. Rezultatem prac jest opracowanie procedury otrzymywania cieczy magnetycznej łączącej cechy ferrocieczy oraz cieczy magnetoreologicznej.
Magnetorheological (MR) fluids are complex suspensions of magnetic particles in a non-magnetic carrier fluid. They exhibit ‘smart’ properties that enable them to change their rheological parameters in response to a change in the external magnetic field applied. This behavior is used in some engineering solutions, e.g. MR clutches or brakes. For such systems to work correctly, the resistance torque achieved by contact with the MR fluid must be properly determined. This paper demonstrates how surface roughness of a contact surface between the solid and the MR fluid affects the resistance torque value. Measurements were made on a dedicated rotational rheometer using a shear mode fluid, most closely replicating the way MR clutches and brakes work. Plate-plate geometry was used, in standard design, and modified by pasting sandpaper with different grit levels. The tests have shown that the roughness of the mating surface affects the resistance torque results.
PL
Ciecze magnetoreologiczne (MR) to złożone zawiesiny cząstek magnetycznych w niemagnetycznej cieczy nośnej. Wykazują one właściwości „inteligentne”, dzięki którym wraz ze zmianą oddziałującego pola magnetycznego mogą zmieniać swoje parametry reologiczne. Takie zachowanie jest wykorzystywane w niektórych rozwiązaniach inżynierskich, np. sprzęgłach lub hamulcach MR. W tych układach krytyczne dla ich poprawnej pracy jest właściwe określenie uzyskiwanego momentu oporu ruchu spowodowanego kontaktem z cieczą MR. W pracy zaprezentowano, jak chropowatość powierzchni ciała stałego w styku z cieczą MR wpływa na uzyskiwaną wartość momentu oporu ruchu. Pomiary przeprowadzono na reometrze rotacyjnym na cieczy dedykowanej do pracy w trybie ścinania, najlepiej odwzorowując sposób pracy sprzęgieł i hamulców MR. Wykorzystano geometrię płytka–płytka w standardowym wykonaniu oraz zmodyfikowanym poprzez naklejanie papierów ściernych o różniej gradacji. Przeprowadzone badania wykazały, że chropowatość powierzchni współpracującej ma wpływ na uzyskiwane wyniki momentu oporu ruchu.
Magnetorheological (MR) fluids are classified as smart materials. They are non-homogeneous substances of complex composition and are characterised by complex rheological properties. In addition, the characteristics of their behaviour can be actively affected by the magnetic field, both in terms of its value and spatial orientation. This paper presents the results of shear stress measurements of a commercial magnetorheological fluid using a plate-plate type geometry with a modified working surface. The purpose of the study was to determine the effect of changing the roughness of the measuring plate on the obtained shear stress results. Controlled shear rate tests and Magneto Sweep measurements were carried out for three MR fluid layer heights. The tests were carried out at magnetic field induction in the range of 0 to 680 mT. The study showed that the measurement system's geometric parameters significantly affect the MR fluid's behaviour under test. It was shown that increasing the surface roughness can increase or decrease the measured value of shear stress depending on the test parameters.
PL
Ciecze magnetoreologiczne (MR) zaliczane są do grona materiałów inteligentnych. Są to substancje niejednorodne o złożonym składzie i charakteryzują się złożonymi właściwościami reologicznymi. Ponadto charakterystyki ich zachowania mogą być aktywnie kształtowane przez pole magnetyczne, zarówno ze względu na jego wartość, jak i orientację przestrzenną. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów naprężenia stycznego komercyjnej cieczy MR z wykorzystaniem geometrii pomiarowej typu płytka–płytka o modyfikowanej powierzchni roboczej. Celem badań było określenie wpływu zmiany chropowatości płytki pomiarowej na uzyskiwane wyniki naprężeń ścinających. Przeprowadzono badania z kontrolowaną szybkością ścinania oraz pomiary typu Magneto Sweep dla trzech wysokości warstwy cieczy MR. Badania przeprowadzono przy indukcji pola magnetycznego w zakresie 0 do 680 mT. Badania wykazały, że parametry geometryczne układu pomiarowego istotnie wpływają na zachowanie się badanej cieczy MR. Wykazano, że w zależności od parametrów badania zwiększenie chropowatości powierzchni może powodować zwiększenie lub zmniejszenie rejestrowanej wartości naprężeń stycznych.
This paper presents the results of a rheological test of a commercial magnetorheological (MR) fluid (MRF-132DG). The research includes the problem of measuring and interpreting limit stresses under conditions close to the magnetic saturation of the fluid. Four different limit stresses were determined, two related to the yield point and two related to the flow point. Methods for determining limit stresses, especially due to excitation conditions, were also analysed. The aim of this study is to determine the effect of selected parameters on the values of limit stresses of the selected MR fluid. An additional objective is to highlight the problems of defining and interpreting individual limit stresses in MR fluids, particularly in the context of selecting the values of these stresses for the purpose of modeling systems with MR fluids.
To overcome the disadvantage of decreasing the braking performance of a magnetorheological fluid at high temperatures, a method of combined braking of a shape memory alloy and a magnetorheological fluid is proposed in this paper. The braking torque does not decrease with increasing temperature. Based on the magnetorheological characteristics, the braking torque equation of the magnetorheological fluid is established. Based on the characteristics of the thermal effect, the brake torque equations generated by the shape memory alloy springs are established. This paper provides a basis for the design and manufacture of the shape memory alloy and magnetorheological fluid combined brake system through experiments and theoretical analysis.
The paper presents the results of numerical simulations (CFD) of hydrodynamic thrust slide bearings lubricated with magnetorheological (MR) fluid. The analyses were carried out to evaluate the influence of the rheological properties of the lubricant, as well as the geometry of the bearing's thrust pad surface. Bearing load conditions were considered on the key functional features of the system, i.e. axial force and torque. The paper presents a comparative analysis of various geometries of thrust bearings and points out possible functional features of hydrodynamic thrust bearings lubricated with fluids with controlled rheological properties.
PL
W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych (CFD), hydrodynamicznych wzdłużnych łożysk ślizgowych smarowanych cieczą magnetoreologiczną (MR). Przeprowadzone analizy dotyczyły oceny wpływu właściwości reologicznych cieczy, sposobu ukształtowania powierzchni oporowej łożyska, jak również warunków obciążenia węzła tarcia na kluczowe cechy funkcjonalne układu, tj. siłę osiową oraz moment obrotowy. W pracy przestawiono analizę porównawczą różnych geometrii łożysk wzdłużnych oraz wskazano na możliwe do uzyskania cechy użytkowe wzdłużnych hydrodynamicznych łożysk ślizgowych smarownych cieczami o sterowanych właściwościach reologicznych.
Ciecz magnetoreologiczna jest często stosowanym czynnikiem w układach mechatronicznych. Powodem są jej specyficzne właściwości mechaniczne, które zależą od przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego. Głównie stosowane są tam, gdzie wymagana jest zmienna lepkość wspomnianego medium. Pomiar parametrów magnetycznych cieczy jest zadaniem specyficznym i trudnym. Wynika to zarówno ze stanu skupienia (koloid), jak i nietypowych parametrów magnetycznych. Aby pomiar przenikalności magnetycznej był możliwy, należy zastosować konstrukcję, w której rdzeń będzie w postaci walca wykonanego z cieczy. Wokół walca umieszczone są dwie cewki pomiarowe: jedna bezpośrednio okalająca ciecz oraz druga o odpowiednio większej średnicy. Całość znajduje się w solenoidzie, wymuszającym strumień magnetyczny. Dokładność pomiaru uzależniona jest od konfiguracji układu pomiarowego oraz mechanicznej precyzji wykonania każdego z jego elementów. W pracy przedstawiono model matematyczny, sposób działania oraz realizacja techniczna urządzenia do badania przenikalności magnetycznej cieczy magnetoreologicznej. Dla wykonanego urządzenia dokonano pomiarów, gdy współczynnik przenikalności magnetycznej próbki jest znany i równy jedności. Przeprowadzona analiza pomiarów daje podstawy do oceny wykonanego stanowiska pomiarowego.
EN
Magnetorheological fluid is a frequently used element in mechatronic systems. The reason is its specific mechanical properties, which depend on the applied external magnetic field. They are mainly used where variable viscosity of said medium is required. Measurement of magnetic parameters of liquids is a specific and challenging task which is due to both the state of aggregation (colloid) and unusual magnetic parameters. To measure the magnetic permeability, a structure in which the core is in the form of a cylinder made of liquid should be used. There are two measuring coils around the cylinder: one directly surrounding the liquid and the other with a correspondingly larger diameter. Everything is contained in a solenoid that forces the magnetic flux. The accuracy of the measurement depends on the configuration of the measuring system and the mechanical precision of each of its elements. The paper presents a mathematical model, method of operation and technical implementation of a device for studying the magnetic permeability of a magnetorheological liquid. Measurements were made for the manufactured device when the magnetic permeability coefficient of the sample is known and equal to one. The conducted analysis of the measurements provides the basis for the evaluation of the developed measuring stand.
The operating state of thrust plain bearings is a function of many parameters, both geometric and related to load conditions. Besides the methods of controlling bearings of this type used so far, new possibilities of modelling their operating characteristics by using substances with controlled rheological properties as a lubricant can be pointed out. Magnetorheological fluids create such a possibility. These are suspensions of particles with magnetic properties in a carrier fluid (usually in mineral or synthetic oil). The influence of magnetic field on this type of fluids changes their rheological properties. This process is almost instantaneous and fully reversible. The paper presents the results of investigations of a thrust squeeze bearing lubricated with magnetorheological fluid. The aim of the study was to determine the influence of selected factors on the axial force as a result of the oscillatory squeeze load.
PL
Stan pracy wzdłużnych łożysk ślizgowych jest funkcją wielu parametrów zarówno geometrycznych, jak i związanych z warunkami obciążenia węzła łożyskowego. Oprócz dotychczas stosowanych sposobów sterowania układami tego typu można wskazać na nowe możliwości modelowania ich charakterystyk pracy poprzez wykorzystanie jako środka smarnego substancji o sterowanych właściwościach reologicznych. Możliwość taką stwarzają ciecze magnetoreologiczne. Są to zawiesiny cząstek o właściwościach magnetycznych w cieczy nośnej (zazwyczaj w oleju mineralnym lub syntetycznym). Oddziaływanie polem magnetycznym na tego typu ciecze powoduje zmianę ich właściwości reologicznych. Proces ten jest niemal natychmiastowy i w pełni odwracalny. W pracy przedstawiono wyniki badań wzdłużnego łożyska smarowanego cieczą magnetoreologiczną. Celem badań było określenie wpływu wybranych czynników na wartość siły osiowej w łożysku w wyniku zadania obciążenia w postaci oscylacyjnego wymuszenia ściskającego.
Magnetic fluids are substances with a complex physicochemical composition. The unique properties of these substances are based on the possibility of reversible, almost immediate, changes in their rheological parameters, as well as changes in the flow direction due to the magnetic field. These properties allow the development of machines and devices with operating parameters that can be changed by the magnetic field. The range of the fluid property changes depends on its composition, magnetic field parameters, operating conditions, and the method of fluid deformation. The paper presents the results of research into the influence of selected parameters on the critical speed of thrust sliding bearings. These parameters include the magnetic and physical properties of magnetic fluids, the value of the magnetic induction, the fluid volume in the working gap, and the temperature. The results of the conducted research indicate a significant effect of the magnetic field gradient on the critical speed value.
PL
Ciecze magnetyczne są to substancje o złożonym składzie fizykochemicznym. Unikatowe właściwości cieczy magnetycznych polegają na możliwości odwracalnej, niemal natychmiastowej zmiany ich parametrów reologicznych, jak również zmiany kierunku przepływu na skutek oddziaływania pola magnetycznego. Właściwości te pozwalają na opracowywanie maszyn i urządzeń, których parametry pracy mogą być kształtowane na skutek zmian natężenia pola magnetycznego oddziałującego na ciecz. Zakres zmian właściwości cieczy jest uzależniony od jej składu, parametrów pola magnetycznego, warunków pracy oraz sposobu odkształcania cieczy.W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu wybranych parametrów na krytyczną prędkość pracy wzdłużnych łożysk ślizgowych. Analizie poddano wpływ takich czynników jak; właściwości magnetyczne i fizyczne cieczy magnetycznych, wartość indukcji pola magnetycznego, objętość cieczy w szczelinie roboczej łożyska i temperaturę pracy. Wyniki prowadzonych badań wskazują na istotny wpływ gradientu pola magnetycznego na wartość prędkości krytycznej.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The proposed work is about the investigation of nano-textured tool insert with magnetor-heological-based graphene coating process. The comparative study on nano-textured car-bide insert with unpolished one for turning duplex stainless steel (S31803/2205) is made by conducting number of experiments with Box–Behnken design using response surface methodology. An array of sensor based on the conductive element of chromel and alumel core integrated through DC magnetron sputtering on the rake surface of the tool insert. The performance of the proposed sensor was evaluated from the obtained thermo-electromotive force on tool chip contact interference and the temperature measurements taken at the contours of multiple points with respect to the tool wear. Results obtained clarify that with the rise in cutting tool temperature leads to the rise in tool wear based on the adhesion and abrasion. It has been found that the graphene coated tool inserts provides high wearable resistances with flank wear of 0.298 mm at 21st pass. The cutting tool temperature is found to spread uniformly with a value of 202 8C for graphene coated inserts for cutting speed of 55 m/min. Microstructural images taken proved that the formation of cementite and carbides with inter metallic compounds (IMCs) produced during the tool chip interface leads to the strengthening of tool tip in reducing the tool-wear. Also the occurrence of ultrafine grain boundaries on the tool tip occurs increasing the formation of covalent bonds in providing the robust resistance against tool wears.
This article deals with experimental testing of magnetorheological fluid (MRF) behaviour in the oscillatory squeeze mode. The authors investigate and analyse the influence of excitation frequency and magnetic field density level on axial force in MRFs that differ in particle volume fraction. The results show that, under certain conditions, the phenomenon of self-sealing can occur as a result of the magnetic field gradient and a vacuum in the working gap of the system.
W artykule omówiono wykorzystanie cieczy o nietypowych właściwościach w chwytakach robotów. Ciecze elektro- i magnetoreologiczne, zmieniające swoje właściwości reologiczne w obecności pola elektrycznego lub magnetycznego, zastosowano jako ciecze robocze sprzęgieł wiskotycznych, wchodzących w skład układu przeniesienia napędu chwytaków. Przedstawiono dwa rozwiązania konstrukcyjne prototypowych chwytaków robotów przemysłowych z takimi sprzęgłami. Rozważono również ciecze luminescencyjne, reagujące na nacisk, pod kątem ich zastosowania w mikroczujnikach siły nacisku szczęk chwytaka.
EN
The paper discusses the use of modern fluids with untypical properties in robot grippers. The electro- and magnetorheological fluids, changing their rheological properties in the presence of an electric or magnetic field, were used as working fluids of viscous clutches included in the griper drive transmission system. Two design solutions were presented for prototype industrial robot grippers with such clutches. Luminescent pressure-sensitive fluids have also been considered for their use in the micro-sensors for sensing force of the gripper’s jaw.
The study investigates the behaviour of three-layered cantilever sandwich beams filled with magnetorheological fluids (MRFs) differing in the iron particle content by volume. Outer layers are made of aluminium, the space between them is sealed with silicone rubber. Two types of beams are considered: fully filled beams and partially filled beams, subjected to the magnetic field. The aim of the study is to determine stiffness and damping characteristics in relation to the magnetic field strength and the actual location where the magnetic field acts upon the beam. For this purpose, measurements have been taken of the beam free vibration response for various magnetic field strength levels and for various positions of the electromagnet located along the beam axis. Basing on the developed measurement data processing algorithm, the influence of the vibration amplitude on the natural frequency and a dimensionless damping coefficient have been determined. Finally, the equivalent natural frequency and the dimensionless damping coefficient have been derived accordingly, and the stiffness and damping ratio have been determined in function of the magnetic field strength, the electromagnet position and the MRF iron particle content by volume.
The magnetorheological fluid is a functional material that is changing its rheological properties and finally solidifies in a magnetic field. The dynamic behaviour, tested with the use of the Split Hopkinson Pressure Bar is an important issue for description of this material, which is commonly used in different kinds of shock absorbers. This note presents a new idea how to modify the known SHPB set up in order to investigate dynamic properties of magnetorheological materials.
The paper presents the concept of the throttle-return valve dedicated for magnetorheological fluid. Basic properties of the magnetorheological fluid, valve conception and field calculations were presented.
In the paper the comprehensive review of the research and development done on different constructions of magnetorheological dampers. In the introduction part the magnetorheological materials are characterized and examples of magnetorheological dampers are presented. In the next part of this document the construction solutions of dampers with magnetorheological fluids are described. Then in the third Section the dampers with magnetorheological elastomers are shown. At the end, the conclusions are delivered.
PL
W niniejszej publikacji przedstawiony jest kompleksowy przegląd konstrukcji tłumików magnetoreologicznych. We wprowadzeniu scharakteryzowane są materiały magnetoreologiczne i przykłady tłumików magnetoreologicznych są przedstawione. W kolejnej części pracy prezentowane są rozwiązania konstrukcyjne tłumików z cieczą magnetoreologiczną. W części trzeciej tłumiki z elastomerami magnetoreologicznymi są pokazane. Praca kończy się konkluzjami.
The paper presents the results of modelling and experimental validation of a developed mathematical model, describing the influence of selected factors on the axial force generated by magnetic fluids used as lubricants in thrust slide bearings. The model takes into account the physical properties of the magnetic fluid (density, saturation magnetization), bearing geometry (diameter, gap height, magnetic induction in the gap), and bearing load. The proposed model has been validated by comparing the results obtained from the model with the experiments. Good model compatibility with the test results was obtained.
PL
W pracy przedstawiono wyniki analiz modelowych oraz walidację eksperymentalną opracowanego modelu opisującego zmiany siły osiowej generowanej przez ciecz magnetyczną pracującą jako środek smarny w łożysku wzdłużnym. Opracowany model pozwala na przeprowadzenie oceny ilościowej wpływu istotnych parametrów węzła łożyskana siłę normalną. W modelu uwzględniono właściwości fizyczne cieczy magnetycznej (gęstość, magnetyzacja nasycenia), parametry geometryczne łożyska (średnica, wysokość szczeliny, indukcja magnetyczna w szczelinie) oraz warunki obciążenia łożyska. Zaproponowany model został poddany walidacji poprzez porównanie wyników otrzymanych z modelu z wynikami badań rzeczywistego układu łożyskowego. Uzyskano dobrą zgodność modelu z wynikami badań.
The article presents the current state of knowledge on the use of magnetorheological fluids for finishing processes. The paper descsribes the type of the materials and surfaces to be machined and the composition of the magnetorheological fluids used in this area. The most interesting applications were described in more detail, paying particular attention to the schematic diagram of the test stands, obtained results of experimental tests and the results of roughness measurements of the surfaces exposed to magnetically controlled fluids. The article also describes the directions of the newest experimental and simulation research on the application of magnetorheological fluids in the field.
Monolithic, homogenous ballistic shields consisting of a single thick, high-hardness and high-strength steel plate are rarely applied in modern combat vehicles. Currently, a popular armour concept is a multilayered shield since it is expected that the kinetic energy of a threat may be dissipated by transmission through materials with different properties and also by multiple interface reflections. Searching for a maximum ballistic protection at minimum weight inspires applications of various materials which complementary behaviour provides a high protective efficiency without excessive mass. The preliminary experimental investigation presented in the paper aimed to verify behaviour of two prototyped laminated armours under impacts of small-calibre projectiles (cal. 7.62). The main interest lied in impact properties of materials proposed as the intermediate layer. The first tested concept was a laminated steel armour with the 10 mm thick rubber interlayer. In the second armour, the intermediate layer consisted of a magnetorheological fluid.
This paper explains the role of magnetorheological fluids and elastomers in today’s world. A review of applications of magnetorheological fluids and elastomers in devices and machines is presented. Magnetorheological fluids and elastomers belong to the smart materials family. Properties of magnetorheological fluids and elastomers can be controlled by a magnetic field. Compared with magnetorheological fluids, magnetorheological elastomers overcome the problems accompanying applications of MR fluids, such as sedimentation, sealing issues and environmental contamination. Magnetorheological fluids and elastomers, due to their ability of dampening vibrations in the presence of a controlled magnetic field, have great potential present and future applications in transport. Magnetorheological fluids are used e.g. dampers, shock absorbers, clutches and brakes. Magnetorheological dampers and magnetorheological shock absorbers are applied e.g. in damping control, in the operation of buildings and bridges, as well as in damping of high-tension wires. In the automotive industry, new solutions involving magnetorheological elastomer are increasingly patented e.g. adaptive system of energy absorption, system of magnetically dissociable [hooks/detents/grips], an vibration reduction system of the car’s drive shaft. The application of magnetorheological elastomer in the aviation structure is presented as well.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.