Korean Journal of Rheology, Vol.10, No.1, 31-37, March, 1998
전기유변유체의 빙햄특성과 밸브 및 댐퍼에의 응용
Bingham Charateristics of Electrorheological Fluid and Its Application to ER valve and ER Damper
초록
전기장이 인가되고 있는 유로를 유동하는 전기유변유체의 기본성질을 파악하기 위한 실험 및 해석적 연구를 수행하여 빙햄유체로서의 유효성에 대해 알아보고 전기장과 유로면 형상 및 진동유동으로 인한 영향에 대해 조사함으로써 ER밸브 및 ER댐퍼로의 응용과 관련한 감쇄력 제어에 대해 검토하였다. 첫 번째 실험은 ER밸브의 높이가 2mm인 전극면이 평탄한 것과 요철로 된 것을 사용하여 압력손실을 압력변환기로 측정함으로써 전기장 및 유로형상에 대한 영향을 알아보았다. 압력손실 및 전단 응력이 전기장세기와 함수관계를 가짐을 알 수 있었고, 전기장세기와 유속의 변화시 손실계수에 의한 ER효과의 상이함이 확인되었으며, 레이놀즈수가 커지면 항복전단응력의 영향은 나타나지 않았다. 두 번째 실험은 실린더를 정현파로 진동시켜 ER밸브에서 감쇄력제어가 가능한가를 알아보고 빙햄유체모델로 설계된 ER댐퍼의 모델과 비교하였다. ER밸브와 ER댐퍼의 수학적 모델을 시뮬레이션한 결과는 약간 벗어남이 보이기는 하나 실험결과와 일치하고 있다. 이것은 ER유체를 단순히 빙햄유체로 취급할 수 없으나 거시적으로는 빙햄유체로 취급할 수 있음을 시사한다.
The basic characteristics of ER fluid as Bingham plastic fluids in electric field were studied both experimentally and theoretically. In relation to the application of ER valve and ER damper, investig- ation on the damping force control was performed with the studies on the effects of electric fields, electrode geometry and oscillation flow. In the first experiment, using both the flat type and unevenness type electrode as ER valve of 2 mm height, the pressure drop was measured in two position to investigate the influence of the electric field strength and electrode type by the pressure transducers. The pressure drop and the shear stress are in proportional to the electric field strength. From the friction factor, ER effects are different by changing the flow and electric field condition. The in fluence of the yield shear stress did not appear with the increasing Reynolds number. In the second experiment, the possibility of damping force control of ER valve for the sinusoidal input by a piston cylinder is investigated. The ER damper model based on the Bingham plastic model are proposed, and the simulation results agreed well with the experimental results although the small deviations were shown. Therefore, ER fluid is considered as Bingham plastic model from the macroscopic view.
- Klass DL, Matinek TW, J. Appl. Phys., 38, 75 (1967)
- Johnson AR, Electrorheological Fluid, 424 (1991)
- Morishita S, Mitsui J, SAE Paper, 922290, 92 (1992)
- 김상국, 정동운, 최운대, 대한 기계학회논문집, 18, 2706 (1994)
- 최영태, 한국자동차공학회논문집, 2, 62 (1994)
- Bonnecaze RT, Brady JF, J. Chem. Phys., 96, 2183 (1992)
- Klingenberg DJ, van Swol F, Zukoski CF, J. Chem. Phys., 94, 6160 (1991)
- Kita Y, Oshima T, Takase H, Kondo I, Hujisawa S, Trans. JSME Ser. B, 59, 42 (1993)
- Nakano M, Yonekawa T, Trans. JSME Ser. B, 61, 166 (1995)
- Shulman ZP, Korobko EV, Yanovskii YG, J. Non-Newton. Fluid Mech., 33, 181 (1989)
- Xu YZ, Liang RF, J. Rheol., 35(7), 1355 (1991)
- Yen WS, Achorn PJ, J. Rheol., 35(7), 1375 (1991)
- McLeish TCB, Jordan T, Shaw MT, J. Rheol., 35(3), 427 (1992)
- Jordan TC, Shaw MT, IEEE Trans. Electr. Insul., 24, 849 (1989)