Демпфирование колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитной жидкостью

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.

1. Шульман З. П., Кордонский В. И. Магнитореологический эффект. Минск: Наука и техника, 1982. 184 с.

2. 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.

3. Instabilities 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.

4. Moghadam 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.2019.03.131

5. Rosensweig 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)90220-3

6. Шлиомис М. И. Эффективная вязкость магнитных суспензий // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1971. Т. 61, № 6. С. 2411–2418.

7. 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.

8. Исследование 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.

9. Полунин В. М. Акустические свойства нанодисперсных магнитных жидкостей / под ред. С. М. Рытова. М.: Физматлит, 2012. 384 с.

10. Рэлей Дж. В. С. Теория звука / под ред. С. М. Рытова. 2-е изд. M.: Гостехиздат, 1955. Т. 2. 476 с.

11. 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.

12. Elasticity 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.

13. Ржевкин С. Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во МГУ, 1960. 336 c.

14. Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики. М.: Наука, 1964. 515 c.

15. Литовиц Т., Дэвис К. Структурная и сдвиговая релаксация в жидкостях. Физическая акустика. М.: Наука, 1968. Т. 2. С. 298–370.

16. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. Т. 6. 736 с.

17. 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.

18. Viscosity 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.

19. Shear 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.

20. Вибрационный 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.