Vad är en magnetorologisk dämpning?
En magnetorologisk spjäll är en stötdämpande anordning som fungerar genom att placera ett magnetfält på en blandning av flytande olja och järnpartiklar. Järnpartiklarna dras till magnetfältet och sträcker sig längs magnetfältlinjerna som passerar genom vätskan. Detta skapar en tjock vätska som motstår rörelse och kan bidra till att minska vibrationer och chock i olika applikationer. Dessa vätskor kallas ibland smarta vätskor, eftersom de ändrar egenskaper när magnetfältet läggs till eller varieras.
Reologi är studien av effekterna av vätskor och fasta ämnen när de utsätts för rörelse eller tryck. I vätskor är de primära egenskaperna som kan vara användbara för vibrationskontroll viskositet och skjuvspänning. Viskositet avser tjockleken på en vätska och hur den kan motstå rörelse eller flöde. Skjuvspänning är ett mått på hur en vätska motstår att dra isär eller plötsligt plötsligt, och även hur material som placeras i vätskan kan röra sig om de dras snabbt i någon riktning.
En spjäll är en term för en anordning som används för att minska vibrationer, vilket liknar en stötdämpare som används på fordon för att minska upphängningsrörelsen på grund av ojämna vägytor. Många spjäll och stötdämpare använder oljor i olika tjocklekar för att minska rörelsen och skydda utrustningen. När små järnpartiklar tillsätts oljor kan magnetfält påverka järnpartiklarna och ändra vätskans egenskaper.
Att lägga till järn-oljeblandningen i en standard stötdämpare och skapa ett magnetfält med en elektrisk ström kommer att skapa en magnetorheologisk spjäll. När magnetfältet ökar kommer järnpartiklarna i allt högre grad att motstå rörelse och skapa högre nivåer av vibrationsdämpning. Om en elektrisk styrenhet läggs till tillsammans med programvara för att styra magnetfältet, kan en variabel magnetorologisk spjäll användas för att snabbt minska vibrationer och skydda strukturer eller fordon.
Järnpartiklar i spjäll beläggs ofta med en polymer för att hindra dem från att hålla sig ihop. Att hålla partiklarna mycket små hjälper till att hålla dem upphängda i oljan och förhindrar att de sätter sig ner till spjällets botten. När magnetfältet skapas blir blandningen mer som en fast substans än en vätska och är mycket motståndskraftig mot flöde eller rörelse. Om oljan skjuts med en kolv inuti en cylinder kan den höga viskositeten minska rörelsen av oljan genom små hål i kolven.
Skjuvspänning kan användas genom att byta kolven till en serie plattor nedsänkta i oljan. Plattorna rör sig fram och tillbaka i vätskan, och när magnetfältet aktiveras tjocknar järn-oljeblandningen snabbt och blir mycket motståndskraftig mot skjuvning. Om plattorna är anslutna till en solid axel som sträcker sig från spjället, kan axeln fästas på ett fordon eller byggnadsfundament och ge ett dämpningssystem.
Jordskalvskydd blev ett område med ökad forskning i slutet av 1900-talet när människans utveckling växte i områden där potentialen för byggnadsskador var hög. En teknik var att separera byggnaden från marken med gummi eller andra stötdämpande material, vilket möjliggjorde en viss byggnadsrörelse under en jordbävning. Utan någon form av dämpning kan byggnadsrörelser emellertid vara extrem och skador eller fullständigt misslyckande. Genom att lägga till ett magnetorologiskt spjällsystem i byggnadens bas gav arkitekterna ett sätt att minska byggnadsrörelsen med ett styrbart system.
Fordon var ett annat intresseområde för magnetiska dämpningssystem under 1900-talet. Intresset för passagerarkomfort och en ökad nivå av säkerhetssystem ledde till stötdämpare som använde magnetorheologisk spjällteknologi för att ge variabel fjädring. Föraren kunde välja en körkomfortnivå med hjälp av en väljare, som skulle säga en regulator hur mycket magnetfält som ska skapas när vibrationen avkändes. Dessutom kan säkerhetssystem upptäcka glidning eller en eventuell övergångssituation och ändra upphängningsbeteendet för att motverka det.
Militära vapen var ett annat område där magnetorheologiska spjäll kunde ge en fördel. När spjället är monterat på en stor kanon kunde spjället avfyras av en projektil och aktivera för att minska rekylen. Detta reducerade inte bara slitaget på vapnet, utan i mobila stridsvagnar eller kanoner kan chockreduceringen minska tröttheten på soldaterna som skjuter vapnen.