本发明属于磁流变液性能测试方法领域，具体涉及一种实现磁流变液沉降稳定性快速、准确测量的方法。
背景技术：
1、磁流变液(mrfs)是响应-驱动类智能材料的一种，主要由微米尺度软磁性颗粒、非磁性油基载液和添加助剂三部分组成。磁流变液的工作原理为磁性颗粒在外加磁场的引导下排列，与油基载液的分子链共同结合为具有一定强度的链簇状结构，这种结构可以有效抵消外界力作用产生的变形，这也是磁场作用下磁流变液具备一定的屈服强度的原因。这种结构转变具有磁场依赖性、瞬时性和可逆性，也被称为磁流变效应。因此，磁流变液依靠这一特性在航天航空、军用装备、生物医用等需要智能减振的领域具有广泛的应用前景。
2、磁流变液最典型的应用是磁流变阻尼器，由于需要灌注到阻尼器内部使用，往往需要磁流变液自身具备优异的长期稳定性，以避免沉降后导致磁流变阻尼器最大屈服强度和控制算法的鲁棒性下降。但颗粒在载液中的沉降往往不可避免，造成磁流变液颗粒沉降的主要原因是颗粒和载液之间存在较大的密度差异。而颗粒的质量分数、颗粒与载液的结合强度、载液的粘度、磁流变液整体的密度等因素都影响着颗粒的沉降速率。为了提高沉降稳定性，所采用的方法包括增加颗粒的含量、增加载液的粘度、采用添加稳定剂或表面活性剂、采用高分子包覆颗粒等。即使沉降稳定性在这些方法的作用下有所改善，但是巨大密度差异引起的颗粒沉降依旧无法避免，因此，往往要求磁流变液的沉降稳定性在一定时间内达到相应的指标即可。
3、目前对于沉降稳定性的评价通常采用自然沉降作用下的目测观察法来实现，存在测试时间长、主观性大、准确性低等缺点。对此，学者们提出了一些提高沉降稳定性精确性的测试方法。cheng等人提出了一种利用与颗粒浓度相关的热导率表征mrf柱沉降速率的方法(smart mater.struct.2016,25,55007)。choi等人通过垂直轴电感监测系统监测磁流变液样品的颗粒浓度研究了磁流变液在垂直柱中的沉降(smart mater.struct.2016,25,04lt01)。roupec等人提出了一种基于定量测量磁流变液通过磁路气隙时磁通密度变化的沉降测量方法(smart mater.struct.2017,26,107001)。xie等人根据磁流变液中磁性金属颗粒浓度的变化引起介电常数的变化，提出了一种新的电容化方法(smartmater.struct.2023,32,105005)。即使学者们改进了测试手段增加了测试的精度和合理性，但测试手段仍以磁流变液在自然条件下的沉降为前提，测试周期仍然较长。
4、综上，进一步改进磁流变液沉降稳定性的方法对于准确快速评价磁流变液的性能、减少测试时间和成本具有重要意义。本发明拟开发一种基于离心力-重力等效原理的测试方法，加速了颗粒在磁流变液中的沉降速率，大大缩短了当前仅通过自然沉降行为观察沉降稳定性的周期。同时，采用测量质量和密度的技术方法，避免了目测观察沉降高度造成的结果不客观、不准确现象发生。最终，本发明建立了与自然沉降法测试结果之间的关系，等效自然条件下的沉降行为，实现了对任意成分磁流变液沉降稳定性快速、准确、客观的评价。
技术实现思路
1、针对上述方法中存在的不足，本发明设计了一种实现磁流变液沉降稳定性快速、准确测量的方法。该方法突破了传统磁流变液沉降稳定性检测只能依靠自然沉降的弊端，极大的缩短了测量时间，且结果较为准确。同时也可以针对不透明载液、不同粘度、密度、质量分数的磁流变液进行适应性、可控性测量，从而反映磁流变液指标是否满足于不同应用场景的需求。
2、本发明的技术方案：
3、一种实现磁流变液沉降稳定性快速、准确测量的方法，包括以下步骤：
4、(1)将待测磁流变液分别放入多个离心管中，称量离心管中磁流变液的质量，得到初始磁流变液质量；
5、(2)根据磁流变液载液粘度确定离心机转速，通过控制离心时间，得到不同时间对应的磁流变液沉降情况；
6、(3)待离心结束后，将磁铁置于下层磁流变液周围，结合磁流变效应原理，去除离心管上层载液部分，再称量剩余磁流变液质量；
7、(4)结合初始磁流变液质量、剩余磁流变液质量、磁流变液密度、磁流变液载液密度，依照下述公式计算不同测试条件下磁流变液的沉降体积分数；
8、
9、(5)将磁流变液的沉降体积分数结果拟合得出磁流变液的沉降体积分数随磁流变液属性或离心时间的变化曲线，反映待测磁流变液的沉降稳定性。
10、步骤(1)中所述的待测磁流变液组分可以是任意的，如铁、钴、镍单质及其合金等任意成分颗粒组成磁流变液；二甲基硅油，聚α-烯烃等任意粘度、密度、透明度的载液组成的磁流变液；油酸、气相二氧化硅、硅烷偶联剂等任意形态、密度、粘度添加剂组成的磁流变液。
11、步骤(1)中所述的离心管是容量较小的，一般为2～5ml，以便减少磁流变液的浪费。
12、步骤(2)中所述的离心机转速的确定是为了避免在相同离心时间下的沉降效果不明显或过于明显，对于磁流变液载液来说，一般50mpa·s～200mpa·s粘度，选择500rpm的转速；200mpa·s～500mpa·s粘度，选择1000rpm的转速；500mpa·s～1000mpa·s粘度，选择1500rpm的转速，可根据实际情况更加合理的选择转速。
13、步骤(2)中所述的控制离心的时间是指依据实际情况(粘度、质量分数的大小)在1min～20min的范围内选取所需离心时间。
14、步骤(3)中所述的磁流变效应原理是指在磁场作用下，包覆颗粒的载液会伴随着颗粒在磁场作用下结合成链状结构，从而束缚在结构体系之中避免了分离。
15、步骤(3)中所述的去除离心管上层载液的操作是指将离心管倾斜，并采用胶头滴管初步吸取大部分未吸附在壁上的载液，最后利用滤纸的吸附将剩余载液充分去除。
16、步骤(3)中所述的磁流变液属性包括粘度、质量分数。
17、步骤(2)、(4)和(5)中所述的磁流变液的粘度、密度和质量分数，载液的密度等参数，若未知，还需在步骤(4)或(5)之前对应进行以下操作：
18、粘度的测定：取2ml待测磁流变液放入配备锥形转子的旋转流变仪中，测得剪切速率为100s-1时所对应的动力粘度作为相应的参考值；
19、质量分数的测定：取1～2ml待测磁流变液放入离心管中称量磁流变液总质量，并将离心机调到最大转速持续较长时间，使颗粒与载液完全分离，将颗粒用乙醇和去离子水反复洗涤数次，放入真空干燥箱烘干，测量颗粒的质量，进而计算出磁流变液颗粒的质量分数。
20、密度的测定：取少许体积待测磁流变液和分离后的载液放入比重杯中，直接得到相应的密度。
21、针对上述质量分数的测定中所述的最大转速是指离心机能承受的最大转速；较长时间是指使颗粒完全分离的时间，一般大于20分钟。
22、一种实现磁流变液沉降稳定性快速、准确测量的方法工作原理为：利用离心力来等效重力的作用，加速磁流变液中颗粒在载液中的沉降速率，从而缩短自然沉降法的测试时间，提高测试效率。对于沉降稳定性的表达手段，则采用剩余磁流变液的质量结合初始磁流变液的质量、密度，载液的密度等参数求得相应的体积百分数，并拟合出相应的体积分数-时间的关系式来反映。其中剩余磁流变液质量的测定则依据磁流变液成链原理，利用磁力作用进行保留、分离、称量得到，如图1所示。
23、本发明的有益效果：本发明提出了一种新型的磁流变液沉降稳定性测试方法，采用离心机加速了颗粒在磁流变液中的沉降速率，减少了当前自然沉降测量的时间，大幅度提高了检测效率；通过控制离心机的转速和工作时间，可以反映不同自然条件下的沉降结果，使测试需求的选取更加灵活。采用磁流变液的质量、密度，载液的密度参数计算出沉降体积分数，避免了目测观察法的不精确和难以测量不透明载液的缺点。
1.一种实现磁流变液沉降稳定性快速、准确测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的待测磁流变液为包括铁、钴、镍单质及其合金组成磁流变液，二甲基硅油和聚α-烯烃组成的磁流变液，油酸、气相二氧化硅和硅烷偶联剂组成的磁流变液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的离心机转速的确定方式：当50mpa·s～200mpa·s粘度，选择500rpm的转速；当200mpa·s～500mpa·s粘度，选择1000rpm的转速；当500mpa·s～1000mpa·s粘度，选择1500rpm的转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的控制离心的时间是在1min～20min的范围内选取。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的去除离心管上层载液的操作是指将离心管倾斜，并采用胶头滴管初步吸取大部分未吸附在壁上的载液，最后利用滤纸的吸附将剩余载液充分去除。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的磁流变液属性包括粘度、质量分数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘度的测定：取待测磁流变液放入配备锥形转子的旋转流变仪中，测得剪切速率为100s-1时所对应的动力粘度作为粘度参考值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的质量分数的测定：取待测磁流变液放入离心管中称量磁流变液总质量，通过离心使颗粒与载液完全分离，将颗粒用乙醇和去离子水反复洗涤数次，放入真空干燥箱烘干，测量颗粒的质量，进而计算出磁流变液颗粒的质量分数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的密度的测定：取待测磁流变液和分离后的载液放入比重杯中，直接得到相应的密度。
