techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2023-13-3-128-145techusgu-170Research ArticleФИЗИКАPHYSICSДемпфирование колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитной жидкостьюDamping of an Oscillatory System with Incomplete Sealing of the Air Cavity by a Magnetic Fluidhttps://orcid.org/0000-0002-1673-8144ШельдешоваЕ. В.Shel’deshovaE. V.

Шельдешова Елена Владимировна, старший преподаватель кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Elena V. Shel’deshova, Senior Lecturer of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

blackberry__@mail.ruЧураевА. А.ChuraevA. A.

Чураев Александр Анатольевич, аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Alexander A. Churaev, Post-Graduate Student of the Department of  Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

tchyalex@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2807-9887ИгнатенкоН. М.IgnatenkoN. M.

Игнатенко Николай Михайлович, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры  нанотехнологий, микроэлектроники, общей и  прикладной физики  

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Nikolay M. Ignatenko, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor, Professor of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics 

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

inmkstu@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8087-874XНеручевЮ. А.NeruchevYu. A.

Неручев Юрий Анатольевич, доктор  физико-математических наук, профессор кафедры физики и  нанотехнологий, научный руководитель научно-исследовательского центра физики конденсированного состояния

ул. Радищева, 33, г. Курск 305000, Российская Федерация 

Yury A. Neruchev, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor of the Department of Physics and Nanotechnology, Scientific Supervisor of the Research Center for Condensed Matter Physics

 33 Radishcheva Str., Kursk 305000, Russian Federation 

yuan2003@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7712-0682РяполовП. А.RjapolovP. A.

Ряполов Петр Алексеевич, декан ЕНФ, доктор физико-математических наук, доцент

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Petr A. Rjapolov, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor, Dean of the ENF 

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

r-piter@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationКурский государственный университетРоссияKursk State UniversityRussian Federation202329092023133128145Copyright © Шельдешова Е.В., Чураев А.А., Игнатенко Н.М., Неручев Ю.А., Ряполов П.А., 20232023Шельдешова Е.В., Чураев А.А., Игнатенко Н.М., Неручев Ю.А., Ряполов П.А.Shel’deshova E.V., Churaev A.A., Ignatenko N.M., Neruchev Y.A., Rjapolov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/170

Цель. Исследовать демпфирование колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитной жидкостью.Методы. Исследование проводилось на экспериментальной установке, разработанной на основе известных методов и оборудования для магнитных измерений и изготовленной самостоятельно. В качестве источника магнитного поля использовался кольцевой неодимовый магнит (сплав NdFeB) размером 60х24х10 мм. Напряженность магнитного поля в центре магнита, измеренная с помощью миллитесламера ТПУ-01, составляет 220 кА/м. Для индикации осциллограмм использовалась катушка индуктивности, усилитель GVT-427B и цифровой осциллограф GwInstek GDS-72072. Исследовались образцы магнитной жидкости на основе магнетита Fe3O4, стабилизированного олеиновой кислотой. Керосин использовался в качестве жидкости-носителя.Результаты. Приведены результаты экспериментального исследования упругости и демпфирования колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитожидкостной перемычкой. Уровень герметизации воздушной полости варьируется за счет процесса перекачки газа по капиллярам различного радиуса. Для объяснения полученных закономерностей предложена модельная теория в приближении вязкого течения газа по закону Пуазейля, а также привлекаются выводы известной теории распространения звука в молекулярной акустике и теории звукопроводов. На вид вибрационного течения газа по капиллярам механизм релаксации накладывает ограничение, учитывающее «пропускную» способность капилляров. Предложенная модель объясняет наличие максимума на зависимости коэффициента затухания от радиуса капилляра и его уменьшение при увеличении объема (высоты) газовой полости.Заключение. Предложенная релаксационная теория вибрационного течения газа по капиллярам предсказывает аномально большие значения коэффициентов затухания и практически полное демпфирование колебательной системы с магнитожидкостным инерционным элементом. Использование полученных данных целесообразно при конструировании новых амортизаторов, поскольку магнитожидкостный демпфер с капиллярами способен погашать низкочастотные колебания.

Purpose. Investigate the damping of an oscillatory system with incomplete sealing of the air cavity with a magnetic fluid.Methods. The study was carried out on an experimental setup developed on the basis of known methods and equipment for magnetic measurements and manufactured independently. A ring neodymium magnet (NdFeB alloy) 60x24x10 mm in size was used as a magnetic field source. The magnetic field strength at the center of the magnet, measured with a TPU-01 milliteslamer, is 220 kA/m. An inductor, a GVT-427B amplifier, and a GwInstek GDS-72072 digital oscilloscope were used to display oscillograms. Samples of magnetic fluid based on Fe3O4 magnetite stabilized with oleic acid were studied. Kerosene was used as the carrier liquid.Results. The results of an experimental study of the elasticity and damping of an oscillatory system with incomplete sealing of the air cavity by a magnetic fluid bridge are presented. The level of sealing of the air cavity varies due to the process of pumping gas through capillaries of various radii. To explain the regularities obtained, a model theory is proposed in the approximation of a viscous gas flow according to the Poiseuille law, and the conclusions of the wellknown theory of sound propagation in molecular acoustics and the theory of sound ducts are also drawn. The relaxation mechanism imposes a restriction on the type of vibrational gas flow through the capillaries, which takes into account the "throughput" capacity of the capillaries. The proposed model explains the presence of a maximum in the dependence of the attenuation coefficient on the capillary radius and its decrease with an increase in the volume (height) of the gas cavity.Conclusion. The proposed relaxation theory of vibrational gas flow through capillaries predicts anomalously large damping coefficients and almost complete damping of an oscillatory system with a magnetic fluid inertial element. The use of the data obtained is advisable in the design of new shock absorbers, since a magnetic fluid damper with capillaries is capable of damping low-frequency oscillations.

магнитная жидкостькапиллярынеоднородное магнитное полечастота колебанийкоэффициент затуханияmagnetic fluidcapillariesinhomogeneous magnetic fieldoscillation frequencydamping coefficientПубликация подготовлена в рамках реализации государственного задания (№ 0851-2020- 0035).The publication was prepared as part of the implementation of the state assignment (No. 0851-2020-0035).ReferencesШульман З. П., Кордонский В. И. Магнитореологический эффект. Минск: Наука и техника, 1982. 184 с.Shulman Z. P., Kordonsky V. I. Magnitoreologicheskii effekt [Magnetorheological effect]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1982. 184 p.Sapiński B., Horak W. Rheological properties of MR fluids recommended for use in shock absorbers // Acta mechanica et automatic. 2013. Vol. 7, no. 2. Р. 107–110. http://doi.org/10.2478/ama-2013-0019.Sapiński B., Horak W. Rheological properties of MR fluids recommended for use in shock absorbers. Acta mechanica et automatica, 2013, vol. 7, no. 2, рр. 107–110. http://doi.org/10.2478/ama-2013-0019Instabilities of a pressure-driven flow of magnetorheological fluids / L. Rodriguez-Arco, P. Kuzhir, M. T. López-López, G. Bossis, J. D. G. Durán // Journal of Rheology. 2013. Vol. 57, no. 4. P. 1121–1146. http://doi.org/10.1122/1.4810019.Rodriguez-Arco L., Kuzhir P., López-López M. T., Bossis G., Durán J. D. G. Instabilities of a pressure-driven flow of magnetorheological fluids. Journal of Rheology, 2013, vol. 57, no. 4, pp. 1121–1146. http://doi.org/10.1122/1.4810019Moghadam M. G. E., Shahmardan M. M., Norouzi M. Dissipative particle dynamics modeling of a mini-MR damper focus on magnetic fluid // Journal of Molecular Liquids. 2019. Vol. 283. Р. 736–747. http://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.131Moghadam M. G. E., Shahmardan M. M., Norouzi M. Dissipative particle dynamics modeling of a mini-MR damper focus on magnetic fluid. Journal of Molecular Liquids, 2019, vol. 283, рр. 736–747. http://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.131Rosensweig R. E., Kaiser R., Miskolczy G. Viscosity of magnetic fluid in a magnetic field // Journal of Colloid and Interface Science. 1969. Vol. 29, no. 4. Р. 680–686. http://doi.org/10.1016/0021-9797(69)90220-3Rosensweig R. E., Kaiser R., Miskolczy G. Viscosity of magnetic fluid in a magnetic field. Journal of Colloid and Interface Science, 1969, vol. 29, no. 4, рр. 680–686. http://doi.org/10.1016/0021-9797(69)90220-3Шлиомис М. И. Эффективная вязкость магнитных суспензий // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1971. Т. 61, № 6. С. 2411–2418.Shliomis M. I. Effektivnaya vyazkost' magnitnykh suspenzii [Effective viscosity of magnetic suspensions]. Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki = Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1971, vol. 61, no. 6, pp. 2411–2418.Resonance properties of magnetic fluid sealants / G. V. Karpova, O. V. Lobova, V. M. Polunin, E. B. Postnikov, E. K. Zubarev // Magnetohydrodynamics. 2002. Vol. 38. P. 385–390. http://doi.org/10.22364/mhd.Karpova G. V., Lobova O. V., Polunin V. M., Postnikov E. B., Zubarev E. K. Resonance properties of magnetic fluid sealants. Magnetohydrodynamics, 2002, vol. 38, pp. 385–390. http://doi.org/10.22364/mhdИсследование свойств магнитожидкостной мембраны / Ю. Ю. Каменева, Г. В. Карпова, В. В. Коварда, О. В. Лобова, В. М. Полунин // Акустический журнал. 2005. Т. 51, № 6. С. 778–786.Kameneva Yu. Yu., Karpova G. V., Kovarda V. V., Lobova O. V., Polunin V. M. Issledovanie svoistv magnitozhidkostnoi membrany [Investigation of the properties of a magnetic fluid membrane]. Akusticheskii zhurnal = Acoustic Journal, 2005, vol. 51, no. 6, pp. 778–786.Полунин В. М. Акустические свойства нанодисперсных магнитных жидкостей / под ред. С. М. Рытова. М.: Физматлит, 2012. 384 с.Polunin V. M. Akusticheskie svoistva nanodispersnykh magnitnykh zhidkostei [Acoustic properties of nanodispersed magnetic fluids]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2012. 384 p.Рэлей Дж. В. С. Теория звука / под ред. С. М. Рытова. 2-е изд. M.: Гостехиздат, 1955. Т. 2. 476 с.Rayleigh J. W. Teoriya zvuka [The Theory of Sound]; ed. by S. M. Rytov. 2th ed. Moscow, Gostekhizdat Publ., 1955, vol. 2. 476 p.Free oscillations of magnetic fluid in strong magnetic field / V. M. Polunin, P. A. Ryapolov, V. B. Platonov, A. E. Kuz’ko // Acoustical Physics. 2016. Vol. 62, no. 3. P. 313–318. http://doi.org/10.1134/S1063771016030131.Polunin V. M., Ryapolov P. A., Platonov V. B., Kuz’ko A. E. Free oscillations of magnetic fluid in strong magnetic field. Acoustical Physics, 2016, vol. 62, no. 3, pp. 313–318. http://doi.org/10.1134/S1063771016030131Elasticity of a magnetic fluid in a strong magnetic field / V. M. Polunin, P. A. Ryapolov, V. B. Platonov, E. V. Sheldeshova, G. V. Karpova, I. M. Aref’ev // Acoustical Physics. 2017. Vol. 63, no. 4. P. 416–423. http://doi.org/10.1134/S1063771017040108.Polunin V. M., Ryapolov P. A., Platonov V. B., Sheldeshova E. V., Karpova G. V., Aref’ev I. M. Elasticity of a magnetic fluid in a strong magnetic field. Acoustical Physics, 2017, vol. 63, no. 4, pp. 416–423. http://doi.org/10.1134/S1063771017040108Ржевкин С. Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во МГУ, 1960. 336 c.Rzhevkin S. N. Kurs lektsii po teorii zvuka [Course of lectures on the theory of sound]. Moscow, Moscow St. Univ. Publ., 1960. 336 p.Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики. М.: Наука, 1964. 515 c.Mikhailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu. P. Osnovy molekulyarnoi akustiki [Fundamentals of molecular acoustics]. Moscow, Nauka Publ., 1964. 515 p.Литовиц Т., Дэвис К. Структурная и сдвиговая релаксация в жидкостях. Физическая акустика. М.: Наука, 1968. Т. 2. С. 298–370.Litovitz T., Davis K. Strukturnaya i sdvigovaya relaksatsiya v zhidkostyakh. Fizicheskaya akustika [Structural and shear relaxation in liquids. Physical acoustics]. Moscow, Nauka Publ., 1968, vol. 2, pp. 298–370.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. Т. 6. 736 с.Landau L. D., Lifshitz E. M. Teoreticheskaya fizika. Gidrodinamika [Theoretical physics. Hydrodynamics]. Moscow, Nauka Publ., 1988, vol. 6. 736 p.Polunin V. M., Boev M. L., Tan M. M., Karpova G. V., Roslyakova L. I. Elastic properties of a magnetic fluid with an air cavity retained by levitation forces // Acoustical Physics. 2013. Vol. 59, no. 1, Р. 56–61. http://doi.org/10.1134/S1063771012060127.Polunin V. M., Boev M. L., Tan M. M., Karpova G. V., Roslyakova L. I. Elastic properties of a magnetic fluid with an air cavity retained by levitation forces. Acoustical Physics, 2013, vol. 59, no. 1, рр. 56–61. http://doi.org/10.1134/S1063771012060127Viscosity of magnetic fluid in oscillation system in a strong magnetic field / V. M. Polunin, P. A. Ryapolov, A. I. Zhakin, E. V. Shel’deshova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2019. Vol. 581, no. 1. Р. 012017. http://doi.org/10.1088/1757-899X/581/1/012017.Polunin V. M., Ryapolov P. A., Zhakin A. I., Shel’deshova E. V. Viscosity of magnetic fluid in oscillation system in a strong magnetic field. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019, vol. 581, no. 1, рр. 012017. http://doi.org/10.1088/1757-899X/581/1/012017Shear and oscillations of the magnetic fluid column in a strong magnetic field / V. M. Polunin, S. G. Yemelyanov, P. A. Ryapolov, E. V. Shel'deshova // Magnetohydrodynamics (0024-998X). 2017. Vol. 53, no. 3. http://doi.org/10.22364/mhd.Polunin V. M., Yemelyanov S. G., Ryapolov P. A., Shel'deshova E. V. Shear and oscillations of the magnetic fluid column in a strong magnetic field. Magnetohydrodynamics, 2017, vol. 53, no. 3. http://doi.org/http://doi.org/10.22364/mhdВибрационный преобразователь с магнитной левитацией / А. В. Гладилин, В. А. Пирогов, И. П. Голямина, Ю. В. Кулаев, П. А. Курбатов, Е. П. Курбатова // Акустический журнал. 2015. Т. 61, no. 3. С. 409–409.Gladilin A. V., Pirogov V. A., Golyamina I. P., Kulaev Yu. V., Kurbatov P. A., Kurbatova E. P. Vibratsionnyi preobrazovatel' s magnitnoi levitatsiei [Vibration transducer with magnetic levitation]. Akusticheskii zhurnal = Acoustic magazine. 2015, vol. 61, no. 3, pp. 409–409.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.