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基于流固耦合的车辆减振器动态非线性仿真分析

原文作者:
  于振环,刘顺安,张娜
发布时间:
  2014-08-13
来    源:
  吉林大学 机械科学与工程学院,长春汽车工业高等专科学校 机电工程学院
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摘要:研究了减振器流-固耦合的建模方法和求解方法。基于流-固耦合有限元方法,利用adina 软件建立高精度的叠加节流阀片有限元网格模型和流场有限元网格模型,并在adina 软件后处理模块中进行求解分析,得到了减振器阻尼力-速度分段特性、示功特性、阀系内部的压力场和速度场特性,分析了减振器阀系动态非线性特性。研究结果表明:在高速减振器油的冲击下,阀系内部区域的压力场变化明显;达到开阀压力时,油液流动速度呈现跳跃变化,使得阻尼通道压力迅速变化。这说明叠加节流阀片有限元网格模型和流场有限元网格模型的精度对仿真结果影响最大。在流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动,阀片接触和大位移变形,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。
0 引言
    减振器是车辆悬架系统的主要组成元件,活塞与节流阀片组成了减振器阀系,是减振器产生阻尼作用的重要元件,活塞孔的大小、节流阀片的数量以及调整垫圈的厚度决定了阻尼特性[1] ,所以,如何将以上三者合理匹配是保证减振器特性的关键。现阶段使用半经验公式+试验的方法对减振器进行开发[ 2 - 3 ] ,使开发周期受到极大影响,而且不容易得出阀片开度、流量系数等关键参数值[ 4 - 6 ] 。
    本文基于流-固耦合有限元分析,利用ADINA软件建立了减振器流-固耦合动力学模型,得到了减振器动态响应特性、流体压力场特性、减振器阻尼力-速度曲线、压差-流量特性以及示功图,对减振器进行台架试验,将试验结果与仿真结果进行分析。
1 减振器阀系结构原理及阻尼力特性
    图1 为减振器复原阀系结构图,当活塞杆受车身的带动而做拉伸运动时,减振器产生阻尼力衰减车身振动。当车身的速度相对较小时,减振器工作缸内的压差也相对较小,减振器油经多槽阀片缝隙由上腔流入下腔,此时叠加节流阀片没有变形量,阻尼力由多槽阀片缝隙产生;当车身速度相对较大时,减振器工作缸内的压差变大,这时叠加节流阀片开始变形,些时阻尼力大小取决于叠加节流阀片的变形量;当车身速度变到更大时,叠加节流阀片变形量达到最大值,此时阻尼力大小由活塞孔决定。
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