Synthesis and Properties of Magnetorheological (MR) Fluids
Manyetoreolojik (MR) Akışkanların Sentezlenmesi ve Özellikleri
- Tez No: 711995
- Danışmanlar: PROF. DR. PRADEEP P. PHULE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2002
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Pittsburgh
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 184
Özet
Manyetoreolojik (MR akışkanları, manyetik olarak yumuşak, çok domainli, mikropartiküllerden ((~ 0.05-10 µm) oluşan bir dispersiyondur. Bu akışkanların akma gerilimleri uygulanan manyetik alan ile milisaniye içinde değişebilir. MR akışkanları fren, sismik damper, titreşim sönümleme gibi uygulamalarda kullanılır. Bu çalışmanın temel amacı MR akışkanı biliminin ilerlemesidir. Daha spesifik olarak amaçlarımız: (a) Partiküller arası kuvvetlerin MR akışkanının stabilitesine ve yeniden dağıtılabilirliğine etkisi ve (b) MR akışkanlarının açık ve kapalı durum reolojik özelliklerini etkileyen faktörler. İlk kısımda, manyetik olarak yumuşak olan partiküllerin artık mıknatıslanmasının dağıtılabilmeye etkisi incelenmiştir. Manyetik dipol enerjisinin ısı enerjisine oranı (Vmag/kBT) %33 demir bazlı MR akışkanı için (partikül boyutu 6 micron), mangan çinko ferrit ve nikel çinko ferrit bazlı MR akışkanları için sırasıyla -161000, -6400, and -3900 olarak hesaplanmıştır. Hesaplamalarımız manyetik partiküllerde meydana gelen az miktardaki artık mıknatıslanmanın dipo-dipol etkileşimlere önemli derecede etki ettiğini göstermektedir. Bu da MR akışkanların aglomere olmasına sebep olmaktadır. İkinci kısımda, katı fazın manyetik özellikleri ve açık durum reolojik özellikleri üzerinde durulmuştur. Katı fazın doygunluk mıknatıslanması ve uygulanan manyetik alanın MR akışkanın reolojisi üzerine etkisi araştırılmıştır. Reolojik ölçümler iki farklı tip karbonil demir ile hazırlanan MR akışkanlarında gerçekleştirilmiştir. Bunlar Grade A (ortalama boyut 7-9µm, µ0Ms ~ 2.03T) and Grade B (ortalama boyut~2µm, µ0Ms ~ 1.89T) olarak seçilmiş ve isimlendirilmiştir. Grade A ile hazırlanan %33 ve %40lık MR akışkanlarının akma gerilmeleri 0.8 T manyetik alan altında sırası ile 100 ± 3 and 124 ± 3 kPa'dır. Daha küçük partikül boyutuna sahip Grade B ile sentezlenen %33 ve %40lık MR akışkanlarının akma gerilmeleri 0.8 T manyetik alan altında sırası ile 80 ± 8 and 102 ± 2 kPa'dır. Bu deneysel bulgular Ginder ve arkadaşlarının analitik modelleri ile örtüşmektedir. Daha küçük partikül ile hazırlanan MR akışkanındaki akma gerilmesinin azalması, daha düşük doygunluk mıknatıslanmasından kaynaklanmaktadır. Üçüncü kısım MR akışkanlarının kapalı durum viskozitelerini daha iyi anlamak için yürütülmüştür. %40 Grade B ve 100 cSt silikon yağı ile hazırlanan MR akışkanı kayma incelmesi göstermiş ve 25 C'de viskozitesi 0.1 s-1 kayma hızında 199±52 Pa.s, 100 s-1 kayma hızında 1.9±0.3 Pa.s olarak ölçülmüştür. Bu çalışmanın en önemli çıktılarından biri malzemelerde kritik bir akma geriniminin varlığıdır. Sürünme-geri-kazanma deneyleri, 10-120 Pa gerilim seviyesinde ilk gerinimin 0.01 ve 0.02 gerinim değerlerinde ikinci ve daha yüksek gerinimin 0.08-20 seviyelerinde olduğu gözlenmiştir. Bu araştırma, MR akışkanlarının zaman ve kaymaya bağlı olduğunu göstermiştir. Bu kompleks malzemelerin reolojik davranışlarını anlayabilmek için ileri araştırmalar yapılmalıdır. Son olarak, MR akışkanlarının dayanıklılığını anlayabilmek için yüksek sıcaklığın etkisi araştırılmıştır. MR akışkanları 24 saat boyunca 170 C'ye maruz bırakılmışlardır. Açık durum akma gerilimleri bir değişiklik göstermemiş fakat kapalı durum viskoziteleri kayma hızlarının 15 s-1 den büyük olduğu durumda artış göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Magnetorheological (MR) fluids are dispersions of fine (~ 0.05-10 µm) magnetically soft, multidomain particles. The apparent yield strength of these fluids can be changed significantly within milliseconds by the application of an external magnetic field. MR fluid devices are being used and developed for shock absorbers, clutches, brakes, and seismic dampers. The major goals of this research were to advance the science of MR fluids. More specifically, the goals were: (a) influence of interparticle forces on stability and redispersibility of MR fluids and (b) factors affecting the“on”and“off”state rheological properties of MR fluids. In first part, the influence of the remnant magnetization (µ0Mr) of soft magnetic particulates on the redispersibility of MR fluids was investigated. The ratio of magnetic dipole interaction energies to thermal energy (Vmag/kBT) for 33 vol% iron based MR fluids (average particle size ~6µm), manganese zinc ferrite (average particle size ~2.3µm) and nickel zinc ferrite (average particle size ~2.1µm) were calculated as -161000, -6400, and -3900. Our calculations showed that even small levels of remnant magnetization levels in the magnetic particles introduce significant dipole-dipole interparticle interactions. These can lead MR fluids to show a tendency to undergo agglomeration. The second part of this study was concerned with the magnetic properties of the dispersed phase and“on-state”rheological behavior. The effects of dispersed phase saturation magnetization (µ0Ms) and applied magnetic fields (H) on the“on-state”apparent yield stress of MR fluids was investigated. Rheological measurements were conducted on MR fluids based on two different grades of carbonyl iron powder. Grade A (average size 7-9µm, µ0Ms ~ 2.03T) and Grade B (average size ~2µm, µ0Ms ~ 1.89T). The yield stresses of 33 and 40 vol% Grade A were 100 ± 3 and 124 ± 3 kPa, respectively at 0.8 ± 0.1T. The yield stress values of MR fluids were based on finer particles (Grade B) were consistently smaller. For example, the yield stresses for 33 and 40 vol% Grade B based MR fluid were 80 ± 8 and 102 ± 2 kPa respectively at 0.8 ± 0.1T. These experimental results were in good agreement with the analytical models developed by Ginder and co-workers. The decrease in the apparent yield strength of MR fluids based on smaller particles was attributed to the smaller saturation magnetization of these particles. The third part of this research was directed to better elucidate the“off-state”rheological behavior of MR fluids. MR fluids composed of 40 vol% Grade B and 100 cSt silicone oil exhibited shear thinning behavior with a viscosity of 199±52 and 1.9±0.3 Pa-s at a shear rate of 0.1 and 100 s-1 respectively at 25 0C. One of the major findings of this study was establishment the existence a measurement of a critical yield strain. The creep-recovery measurements revealed multiple yielding in the MR fluid where the first yield strain occurred between 0.01 and 0.02 strain values at stress levels between 10-120 Pa and the second yielding occurred at larger strains ranging from 0.08-20. This research shows that rheologically MR fluids exhibit a time and shear dependent behavior. Further research is needed to fully understand the rheological behavior of these complex materials. The effects of resting and shearing periods on the yielding were also investigated. Finally, in an effort to address issues concerning durability of MR fluids, the effect of exposing MR fluids to higher temperatures was investigated. MR fluids were exposed to high temperatures (175 0C) for 24 hours. The“on”state apparent yield stress did not show any decrease, however the“off”state apparent viscosity showed an increase at shear rates > 15 s-1. The viscosity at a shear rate of 50s-1 was 3.9 Pa-s and the yield strain increased ~10 times the first yield strain observed in the MR fluids without heat treatment.
Benzer Tezler
- Investigation of heat transfer mechanism in magnetorheological (MR) and ferrofluids under controlled magnetic field and stationary conditions
Manyetoreolojik (MR) ve ferro-akışkanların ısı iletim mekanizmasının manyetik alan altında ve durağan koşullarda incelenmesi
GÖKHAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEVAL GENÇ
- Manyetoreolojik akışkan sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of magnetorheological fluid
SERHAT GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Manyetoreolojik akışkanların sentezlenmesi ve reolojik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of magnetorheological fluids and investigation of their rheological properties
ESRANUR KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE SARIMEŞELİ PAÇACI
- Manyetoreolojik akışkanların sentezi
Synthesis of magnetorheological fluids
HATİCE EBRU UZUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Manyeto-reolojik akışkanların sentezi ve akışkan özelliklerinin manyeto-reolojik akışkanlı tekstil kompozitlerde titreşim ve darbe sönümleme karakteristikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Synthesis of magnetorheological fluids and investigation of the effects of fluid properties on vibration and impact damping characteristics of magneto-rheological fluid textile composites
ŞERİFE ŞAFAK
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZİYA ŞAKA