微型磁流变阻尼仪设计、控制与性能研究

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1、微型磁流变阻尼仪设计、控制与性能研究1绪论1.1.论文选题依据在倒装键合过程中，对键合力的要求是在10-5000g范围内程序可调，并且力的加载误差小于1%。键合力的加载是通过调节键合头和基板之间的距离来实现的，是一个比较复杂的力控制过程，目前业界所使用的简单PID控制方法和低刚度支撑结构还不能满足键合力加载控制的需要。因此，针对芯片倒装键合过程，实现键合力加载软着陆控制是芯片封装技术发展的重要需求。为了减小键合力加载冲击，需要研制具有智能阻尼结构(磁流变阻尼器）的键合力加载软着陆机构，来吸收冲击载荷、提高加载的平顺性

2、。针对阻尼结构体系而言，目前根据其控制体系来划分可分为三种：被动式控制阻尼结构、主动式控制阻尼结构及半主动式控制阻尼结构被动式控制阻尼结构虽然在设计方面相对比较简单，但限制性比较大，且适应性相对较差，只能较好的适用在预定的场合，当外部条件发生变化时就很难相对应的调整。然而实际应用中，外部条件是随时变化的，为了解决这方面的问题，于是出现了主动式控制阻尼结构，但是主动式控制阻尼结构其结构相对复杂，针对外界的变化，其反应速率较慢，虽然相比被动式控制阻尼结构更好的适应外部条件变化，但效果方面由于以上的固有缺陷而达不到想要的效

3、果，同时主动式控制阻尼器是一种能量输出装置，需要消耗大量的能源，消耗成本比较高，目前只适用于低频与减振要求很高的场合。半主动式控制阻尼结构是目前阻尼结构振动控制领域中性价比最高、最具有应用前景的控制技术，它完美结合了主动式控制结构的思想和被动式控制结构的策略，在实行控制的同时也节约了控制的能源，并且控制过程稳定可靠。1.2.磁流变技术国内外研究现状虽然磁流变液(MRF)比电流变液(ERF)仅仅晚一年问世，但在80年代中期以前，不论是应用还是研究方面都比ERF滞后。伴随着实际应用的需求，对可控流体的强度等性能要求越来越

4、高，由于ERF存在着剪切强度太低以及所需电源电压过高等缺陷，越来越多的学者开始进一步研宄MRF，MRF逐渐成为智能材料的研究热点。1995年，美国的LORD公司在第五届国际电磁流变会议上展示了他们自己研制的几种性能优良的磁流变装置，引发了学术界极大震动，从而掀起了国内外对磁流变液及其装置的研宄热潮。也就是从这一年开始，两年一届的国际ER会议也改名为国际E/MR会议。从1996年以来，主要由欧美日韩等发达国家的研究者对磁流变技术进行深入研宄。美国的Lord公司不仅从磁流变液的成分及特性进行研宄，还研宄它的工程应用。Lo

5、rd公司的Carlson等人通过对磁流变液的特性进行分析，指出其在耗能、剪切屈服强度、化学稳定性、温度适应范围等方面都优于电流变液，从而创造了国际上磁流变液研宄的新局面。目前己有的三种商业化磁流变液产品为：MRF-122EG、MRF-132DG、MRF-140CG。白俄罗斯的传热传质研宄所Kordonski等人依据能量损耗对磁流变效应提出了较好的解释，并且他们在磁流变液性能研宄方面以及磁流变抛光、密封等应用方面取得了很大的进展。白俄罗斯的传热传质研究所Shulman等人己经建立了弥散质颗粒为椭圆聚集模型的磁流变液剪切

6、屈服强度关系式。法国Nice大学的Cutillas及Bossis等人针对磁流变液进行机理研宄，特别在微观结构的分心方面做出了重大的贡献。德国BASFAG的Kormann等人己经研制出稳定的纳米级别磁流变液。2微型磁流变阻尼器结构设计2.1微型磁流变阻尼器设计准则我们设计的磁流变阻尼器为剪切阀式阻尼器，其结构的设计需要考虑到以下几个方面：(1)通过实验数据及结果对阻尼器主要部件材料进行选型；磁流变阻尼器是依据磁流变阻尼液的磁流变效应设计而来，因此，磁流变阻尼液的选型也很重要。阻尼器的结构材料方面，不仅需要具有足够的机械

7、强度，同时还需要根据实际情况选择不同相对磁导率的材质。(2)通过严谨的理论公式对结构参数进行优化取舍；部分结构参数对磁流变阻尼器的性能具有决定性作用，参数的好坏直接影响阻尼器性能的好坏。其结构参数主要包括：阻尼力F、活塞杆直径、活塞的有效长度、活塞和赶体之间的间隙A、活塞的有效面积。(3)充分考虑影响磁流变阻尼器的其他因素；对于磁流变阻尼器的设计，我们需要考虑其合理的成本，对于零部件能够很好的制造和加工，磁流变阻尼器在工作期间，因防止其出液、漏液等情况。2.2磁流变液旳选择磁流变液一般是由软磁性颗粒、非导磁性的载液和

8、少量的添加剂组成。由于磁流变液的极限剪切屈服强度和磁性颗粒的饱和磁化强度密切相关，而高饱和磁化强度是磁性颗粒最主要性能指标之一，因此磁性颗粒的选取尤其重要。载液一般需具有温度稳定性好，非易燃，低粘度、高沸点，且不会造成污染等特点。一般可作为载液的液体有合成油、水、桂油等，化学添加剂的目的是为了保持磁流变液的不给团、不沉降，它主要分为防沉降剂和分