• caratterizzazione
• MRF
• progettazione
• smorzatore
• valvola

La seguente tesi studia i fluidi magnetoreologici (MRF) e le loro applicazioni ingegneristiche spaziando dalla progettazione di dispositivi di caratterizzazione, fino alla progettazione e sviluppo di un caso specifico di sistema automotive. I fluidi magnetoreologici sono un materiale “intelligente” perché sono in grado di modificare alcune delle loro proprietà in maniera controllabile. Dal punto di vista fisico, sono una soluzione a base oleosa con disperse all’interno delle particelle magnetizzabili. Grazie alla loro composizione, a fronte di una applicazione di un campo magnetico, i MRF reagiscono con un innalzamento della loro viscosità apparente, fino a diventare dei solidi. La tensione di snervamento del materiale allo stato solido è tanto più elevata quanto è elevato il campo magnetico applicato. La tesi è strutturata e divisa in tre macro argomenti riguardanti i fluidi MR: la progettazione di dispositivi ad-hoc per studiarne le proprietà, la loro caratterizzazione da un punto di vista puramente reologico e la relativa modellazione e infine l’analisi degli elementi chiave e la progettazione ottimale di un dispositivo MR di carattere industriale.
Nella prima parte si mostra la progettazione di uno smorzatore a fluido MR con una architettura innovativa, che permette la valutazione del comportamento dei fluidi a fronte di una pressione idrostatica regolabile. L’obiettivo principale di questa attività è l’analisi dell’influenza di una pressione idrostatica sulla risposta del dispositivo in termini di smorzamento, durante la fase di attivazione del fluido.
Nella seconda parte, si descrivono dei risultati inerenti ad una caratterizzazione puramente reologica di questi materiali. In particolare verrà analizzata l’influenza dello spessore del meato, all’interno del quale viene confinato il fluido, sulle prestazioni in termini di momento torcente trasmissibile. Per questi test è stato utilizzato un magnetoreometro custom realizzato dal Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università del Maryland e sono stati realizzati presso la stessa università dall’autore della tesi durante un periodo di ricerca presso i loro laboratori.
Nella terza ed ultima parte invece, si riporta la progettazione e lo sviluppo di una valvola magnetoreologica di blocco/regolazione della pressione da utilizzare all’interno di un circuito freni di una automobile. Verranno presentati, in modo principalmente analitico, come i vari parametri costruttivi/geometrici, magnetici e di composizione del fluido, influiscono sul comportamento finale della valvola. In particolar modo, verrà approfondito l’aspetto della risposta dinamica della valvola durante la fase di non attivazione. Tale progetto è stato reso possibile da una collaborazione fra il gruppo di costruzione di macchine MDG del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria con Brembo S.p.A..

This thesis discusses magnetorheological fluids (MRFs) and their engineering applications ranging from the design of specific devices for the rheological characterization until the design and development of a specific device for automotive systems. Magnetorheological fluids are “intelligent materials” because they are able to modify one of their properties in a controllable manner. From the physical point of view, they are an oil-based suspension with a percentage of magnetizable particles dispersed in it. Thanks to their composition, when subjected to a magnetic field, MR fluids reacts with an increase of the apparent viscosity until they solidify completely. When activated, the higher is the magnetic field applied, the stronger is the yield stress of the material. This thesis is structured and divided into three macro-areas, each one related to a specific aspect regarding MR fluids: the design of an ad-hoc device to analyze the properties of MRFs, their characterization and modelling from a rheological point of view and finally the study of the key parameters for the optimal design of an MR based industrial application. In the first part, the design of a MR damper with an innovative internal architecture is presented. The particular architecture of this damper allows the internal pressure to be regulated and the assessment of its influence on the behaviour of the fluid. The main target of this activity is the analysis of the influence of the hydrostatic pressure on the response in terms of damping force, during the activation state. The second part, deals with the rheological characterization of MR fluids. Several tests were conducted by shearing the MR fluid confined in different gap thicknesses in a rotary device at high shear rates. In particular, the results of the analysis of the influence of the gap thickness on the performance of the fluid measured as a transmitting torque are presented. A custom Searle magnetorheometer manufactured by the Department of Aerospace Engineering of the University of Maryland was used for the experimental test. The tests were carried out by the author during a placement period at those laboratories. In the third and last part the study of the optimal design of a MR valve is introduced. This valve would be employed as a blocking/regulating valve in an automobile breaking circuit. The influence of the geometrical and magnetic parameters along with the fluid composition on the final performance of the valve are discussed using mainly an analytical approach. Particular attention was paid to the dynamic response of the valve in the off-state. This last work is part of an ongoing project between the Machine Design Group of the Department of Sciences and Methods for Engineering and Brembo S.p.A..