Hvad er en magnetorheologisk spjæld?

En magnetorheologisk spjæld er en stødabsorberende enhed, der fungerer ved at placere et magnetfelt på en blanding af flydende olie og jernpartikler. Jernpartiklerne tiltrækkes af magnetfeltet og stiger op langs magnetfeltlinjerne, der passerer gennem væsken. Dette skaber en tyk væske, der modstår bevægelse og kan hjælpe med at reducere vibrationer og chok i forskellige applikationer. Disse væsker omtales undertiden som smarte væsker, fordi de ændrer egenskaber, når magnetfeltet tilføjes eller varieres.

Reologi er studiet af virkningerne af væsker og faste stoffer, når de udsættes for bevægelse eller tryk. I væsker er de primære egenskaber, der kan være nyttige til vibrationskontrol, viskositet og forskydningsspænding. Viskositet henviser til tykkelsen af ​​en væske, og hvordan den kan modstå bevægelse eller strømning. Forskydningsspænding er en måling af, hvordan en væske modstår at trækkes fra hinanden eller pludselig flyttes, og også hvordan materialer, der er placeret i væsken, kan bevæge sig, hvis de hurtigt trækkes i en hvilken som helst retning.

En spjæld er en betegnelse for en enhed, der bruges til at reducere vibrationer, hvilket svarer til en støddæmper, der bruges på køretøjer til at reducere ophængningsbevægelsen på grund af ujævne vejoverflader. Mange spjæld og støddæmpere bruger olier i forskellige tykkelser for at reducere bevægelse og beskytte udstyr. Når små jernpartikler tilsættes olier, kan magnetiske felter påvirke jernpartiklerne og ændre væskens egenskaber.

Tilsætning af jernolieblandingen i en standard støddæmper og skabelse af et magnetfelt med en elektrisk strøm vil skabe et magnetorheologisk spjæld. Når magnetfeltet øges, vil jernpartiklerne i stigende grad modstå bevægelse og skabe højere niveauer af vibrationsdæmpning. Hvis der tilføjes en elektrisk controller sammen med software til styring af magnetfeltet, kan en variabel magnetorheologisk spjæld bruges til hurtigt at reducere vibrationer og beskytte strukturer eller køretøjer.

Jernpartikler i spjæld overtrækkes ofte med en polymer for at forhindre dem i at klæbe sammen. At holde partiklerne meget små hjælper med at holde dem suspenderet i olien og forhindrer dem i at sætte sig ned i bunden af ​​spjældet. Når magnetfeltet oprettes, bliver blandingen mere som et fast stof end en væske og er meget modstandsdygtig over for strømning eller bevægelse. Hvis olien skubbes med et stempel inde i en cylinder, kan den høje viskositet reducere bevægelsen af ​​olien gennem små huller i stemplet.

Forskydningsspænding kan anvendes ved at skifte stemplet til en række plader nedsænket i olien. Pladerne bevæger sig frem og tilbage i væsken, og når magnetfeltet aktiveres, bliver jernolieblandingen tykkere og bliver meget modstandsdygtig overfor forskydning. Hvis pladerne er forbundet til en solid aksel, der strækker sig fra spjældet, kan akslen fastgøres til et køretøj eller bygningsfundament og tilvejebringe et dæmpningssystem.

Jordskælvsbeskyttelse blev et område med øget forskning i slutningen af ​​det 20. århundrede, da menneskelig udvikling voksede i områder, hvor potentialet for bygningsskader var stort. En teknik var at adskille bygningen fra jorden med gummi eller andre stødabsorberende materialer, som muliggjorde en vis bygningsbevægelse under et jordskælv. Uden en form for dæmpning kunne bygningsbevægelser imidlertid være ekstreme, og der kan forekomme skader eller fuldstændig fiasko. Tilføjelse af et magnetorheologisk spjældsystem i bunden af ​​bygningen gav arkitekterne en måde at reducere bygningsbevægelsen med et kontrollerbart system.

Køretøjer var et andet interessepunkt for magnetisk dæmpningssystemer i det 20. århundrede. Interesse for passagerkomfort og et øget niveau af sikkerhedssystemer førte til støddæmpere, der anvender magnetorheologisk spjældteknologi til at give variabel ophæng. Driveren kunne vælge et kørekomfortniveau ved hjælp af en vælger, der ville fortælle en controller, hvor meget magnetisk felt der skal skabes, når vibrationen blev registreret. Derudover kunne sikkerhedssystemer registrere glidning eller en mulig rollover-situation og ændre ophængningsadfærd for at modvirke det.

Militære våben var et andet område, hvor magnetorheologiske spjæld kunne give en fordel. Når spjældet er monteret på en stor kanon, kunne spjældet mærke affyringen af ​​et projektil og aktivere for at reducere rekylen. Dette reducerede ikke kun slid på våben, men i mobile tanke eller kanoner kunne chokreduktionen reducere træthed på soldaterne, der skyder våbnene.