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Korean Journal of Rheology, Vol.6, No.1, 20-29, June, 1994
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전기유동유체의 역학적 특성 고찰 및 진동 제어 응용
An Experimental Investigation on Mechanical Properties of Electro-Rheological Fluids with the Application to Vibration Control
박우철, 김기선, 최승복, 정재천
초록
본 논문에서는 실리콘 오일을 용매로 사용하여 조성된 전기유동유체의 전기장 부하 변화에 따른 역학적 특성을 고찰하였으며 그 응용성에 대하여 연구하였다. 유체에 가해지는 전기장은 0∼2.5kV/mm까지 변화시켰고, 외부에서 가해지는 회전력은 0∼500rpm까지의 범위로 정하였으며, 용매의 점성계수 및 각각의 용매에 대한 입자 중량비를 달리하여 자체 조성한 4종류의 전기유동유체에 대하여 특성을 고찰하였다. 각각의 전기유동유체는 부하되는 전기 장에 대하여 전단력과 전단속도비의 관계가 선형적으로 증가하였고, 전기유동유체의 항복응력도 부하되는 전기장의 함수로 증가함을 알 수 있었다. 또한 부하되는 전기장의 크기 뿐만이 아니라 입자의 중량비, 용매의 점성계수도 전기유동유체의 거동에 많은 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, 전기유동유체를 이용한 응용 예로서 지능 구조물을 제작하여 전기장에 따른 진동특성변화를 고찰하였다. 실험결과 부하되는 전기장의 강도가 증가함에 따라 구조물의 고유진동수가 점차적으로 증가하였으며, 입자의 중량비가 증가할수록 증가폭이 커 넓은 범위의 제어영역을 가짐을 알 수 있었다. 전기유동유체의 진동 제어 이용 가능성을 입증하기 위하여 시간영역에서 구조물의 전기장에 대한 과도 진동 제어 응답과 강제 진동 제어 응답을 실험하였다.
In this paper, the mechanical properties of electro-rheological fluids (ERF) which undergo a phasechange when subjected to applied electric fields are evaluated. Four types of different particle concentrations and two types of different liquid viscosities of base oil(silicone oil) are adopted to study the relationship between the shear rate and the shear stress with respect to the increment of the electric field. The electric field applied to the ERF varies from 0 to 2.5 kV/mm and the revolution of the outer cylinder, employed to give the rotation force to the ERF, ranges from 0 rpm to 500 rpm. It is observed that the shear rate and the shear stress have a linear relation and that the yield stress of the ERF increases as a function of the electric field. Furthermore, the feasibilities of using ERF as an actuator for vibration control are also observed through the construction of intelligent cantilever beams featuring the ERF. The field-dependent capability of damping and stiffness properties of the beams makes the beams avoid a resonance phenomenon. In both the time and the frequency domains, the effects of vibration control are examined to demonstrate this capability.
Keywords:Electro-rheological fluid;bingham behavior;shear stress;shear rate;yield stress;natural frequency;damping ratio;vibration control
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