Wat is een magnetorheologische demper?

Een magnetorheologische demper is een schokabsorberend apparaat dat werkt door een magnetisch veld op een mengsel van vloeibare olie en ijzerdeeltjes te plaatsen. De ijzerdeeltjes worden aangetrokken door het magnetische veld en liggen langs de magnetische veldlijnen die door de vloeistof lopen. Dit creëert een dikke vloeistof die beweging weerstaat en kan helpen bij het verminderen van trillingen en schokken in verschillende toepassingen. Deze vloeistoffen worden soms slimme vloeistoffen genoemd, omdat ze van eigenschappen veranderen wanneer het magnetische veld wordt toegevoegd of gevarieerd.

Reologie is de studie van de effecten van vloeistoffen en vaste stoffen bij blootstelling aan beweging of druk. In vloeistoffen zijn de primaire eigenschappen die nuttig kunnen zijn voor trillingsbeheersing viscositeit en schuifspanning. Viscositeit verwijst naar de dikte van een vloeistof en hoe deze beweging of stroming kan weerstaan. Afschuifspanning is een meting van hoe een vloeistof bestand is tegen uit elkaar worden getrokken of plotseling wordt verplaatst, en ook hoe materialen die in de vloeistof zijn geplaatst kunnen bewegen als ze snel in een willekeurige richting worden getrokken.

Een demper is een term voor een apparaat dat wordt gebruikt om trillingen te verminderen, vergelijkbaar met een schokdemper die wordt gebruikt op voertuigen om de ophanging te verminderen vanwege oneffen wegdekken. Veel dempers en schokdempers gebruiken oliën van verschillende diktes om beweging te verminderen en apparatuur te beschermen. Wanneer kleine ijzerdeeltjes aan oliën worden toegevoegd, kunnen magnetische velden de ijzerdeeltjes beïnvloeden en de eigenschappen van de vloeistof veranderen.

Het toevoegen van het ijzer-oliemengsel in een standaard schokdemper en het creëren van een magnetisch veld met een elektrische stroom, zal een magnetorheologische demper creëren. Naarmate het magnetische veld toeneemt, zullen de ijzerdeeltjes in toenemende mate weerstand bieden aan beweging en hogere niveaus van trillingsdemping creëren. Als een elektrische controller wordt toegevoegd samen met software om het magnetische veld te regelen, kan een variabele magnetorheologische demper worden gebruikt om snel trillingen te verminderen en structuren of voertuigen te beschermen.

IJzerdeeltjes in dempers zijn vaak bedekt met een polymeer om te voorkomen dat ze aan elkaar plakken. Door de deeltjes heel klein te houden, blijven ze in de olie hangen en voorkomen ze dat ze zich op de bodem van de demper nestelen. Wanneer het magnetische veld wordt gecreëerd, wordt het mengsel meer een vaste stof dan een vloeistof en is het zeer goed bestand tegen stroming of beweging. Als de olie met een zuiger in een cilinder wordt geduwd, kan de hoge viscositeit beweging van de olie door kleine gaten in de zuiger verminderen.

Afschuifspanning kan worden gebruikt door de zuiger te veranderen in een reeks platen die ondergedompeld zijn in de olie. De platen bewegen heen en weer in de vloeistof en wanneer het magnetische veld wordt geactiveerd, wordt het ijzer-oliemengsel snel dikker en wordt het zeer bestand tegen afschuiving. Als de platen zijn verbonden met een massieve as die zich uitstrekt vanaf de demper, kan de as worden bevestigd aan een voertuig of gebouwfundament en zorgen voor een dempingssysteem.

Bescherming tegen aardbevingen werd een gebied van toegenomen onderzoek in de late 20e eeuw toen de menselijke ontwikkeling groeide in gebieden waar het potentieel voor bouwschade groot was. Een techniek was om het gebouw van de grond te scheiden met rubber of andere schokabsorberende materialen, waardoor enige beweging van het gebouw mogelijk was tijdens een aardbeving. Zonder enige vorm van demping kan de beweging van het gebouw echter extreem zijn en kan schade of volledige storing optreden. Het toevoegen van een magnetorheologisch dempersysteem aan de basis van het gebouw gaf de architecten een manier om de beweging van het gebouw te verminderen met een controleerbaar systeem.

Voertuigen waren een ander aandachtsgebied voor magnetische dempingssystemen in de 20e eeuw. Interesse in passagierscomfort en een verhoogd niveau van veiligheidssystemen leidden tot schokdempers met behulp van magnetorheologische dempertechnologie voor variabele ophanging. De bestuurder kon een rijcomfortniveau kiezen met behulp van een selector, die een controller zou vertellen hoeveel magnetisch veld te creëren wanneer trillingen werden waargenomen. Bovendien kunnen veiligheidssystemen slippen of een mogelijke kantelsituatie detecteren en het ophanggedrag wijzigen om dit tegen te gaan.

Militaire wapens waren een ander gebied waar magnetorheologische dempers een voordeel konden bieden. Wanneer gemonteerd op een groot kanon, kan de demper het afvuren van een projectiel detecteren en activeren om de terugslag te verminderen. Dit verminderde niet alleen de slijtage van het wapen, maar in mobiele tanks of kanonnen kon de schokvermindering de vermoeidheid verminderen van de soldaten die de wapens afvuren.