[发明专利]一种车载液压减震器的性能仿真方法

权利要求书

1.一种车载液压减震器的性能仿真方法，其特征在于：其中车载液压减震器中的阀门是一种带有碟形阀片和节流口的活塞，整个阀门通道包含节流口和阀门开阀后的通道，基于MATLAB软件，针对通道截面类型以及尺寸不同的阀门，基于流体力学理论建立碟片阀门开阀模型，通过碟片阀门开阀模型以获取活塞阀门的开阀程度，再建立车载液压减震器的各腔体之间的液压传动计算模型，计算流体与通道摩擦导致的压力损失、流体流入通道变窄而导致的压力损失、流体流入通道变宽而导致的压力损失以及通道转弯而导致的压力损失，然后结合活塞阀门的开阀程度拟合出车载液压减震器的液压力-速度曲线和液压力-位移曲线，以实现对车载液压减震器的性能仿真；

具体包括如下步骤：

步骤1、建立碟片阀门开阀模型，获取阀门的开阀程度

碟片阀门开阀模块主要基于阀门两侧的压力差以及阀门尺寸，利用薄板理论和等效刚度衰减模型对阀门的开阀程度进行计算，则碟片阀门开阀模型的输入信息包括阀门两侧的压力差和阀门的尺寸，输出信息是与压力差对应的阀片的开阀程度，即阀片的提升高度，具体计算包括如下内容：

所述车载液压减震器中碟形阀门的阀片由多个碟片叠加形成，阀片经有限元拆分为n个单元，其中，第i个单元的刚度D_i为该单元处叠加的碟片的刚度之和，其中，任一碟片的刚度D的计算公式为：

其中，E是材料的弹性模量，h是碟片钢板高度，μ是泊松比；

将阀片随着径向进行拆分成多个环形的有限元单元，第i个单元的受力情况计算如下：

(1)将作用在环形线上的总受力F_i转化为线载荷Q_Fi：

其中，Q_Fi是线载荷，F_i是总受力，R_i是第i单元的内半径；

(2)计算作用在阀门第i单元上压强为p时的总受力F_p，i：

其中，p是压强，R_p和R_i分别是第i单元的内外半径；

(3)将总受力F_p，i根据公式(2)计算其线载荷Q_p，i：

其中，Q_p，i是线载荷，F_p，i是第i单元压强为p时的总受力，R_i是第i单元的内半径；

(4)计算阀片第i单元上的总受力Q_i：

Q_i＝Q_F，i+Q_p，i (5)

其中，Q_F，i是阀片上端所受的集中载荷力F转化过来的线载荷，Q_p，i是阀片下端所受的压强p转化过来的线载荷；

(5)根据薄板理论计算环形单元的变形情况，计算阀片第i个单元的变形量W_i：

其中，C_1，i、C_2，i、C_3，i是公式(6)的三个未知参数，F_i是阀片第i单元上端所受的力，p_i是阀片第i单元下端所受的压强；

(6)阀片第i个单元的变形量W_i对半径r求导：

(7)计算阀片第i个单元的弯矩M_i：

公式(6)、(7)和(8)有第i个单元的三个未知参数C_1，i、C_2，i、C_3，i，上式中F_i和P_i的取值有如下关系：

其中，D_p表示施加压强为P的圆直径，D_F表示集中力为F的圆直径；

公式(6)至(8)结合以下边界条件可求解：

1、内圈位移量为0：

2、内圈位移求导也为0：

3、最外面的单元属于自由端，扭矩为0：

4、由于相邻的两个单元的连续性：

w_i(R)＝w_i+1(R)

M_i(R)＝M_i+1(R)

联立以上方程式，便可求得阀片的开阀程度与阀片半径的关系，求得一组压力差与对应的一组阀片的开阀高度值，将所述求得的数据输入步骤2中的液压传动计算模型中；

步骤2、建立液压传动计算模型，获得流体通道中的压力损失

(1)由于流体与通道摩擦导致的压力损失：

其中，λ是摩擦系数，l是通道长度，ρ是流体密度，v是流体速度，d_e是通道的等效直径；

(2)由于流体流入通道变窄而导致的压力损失：

其中，k_in为通道尺寸的流入系数，ρ是流体密度，v是流体速度；

(3)由于流体流出通道变宽而导致的压力损失：

其中，k_out为通道尺寸的流出系数，ρ是流体密度，v是流体速度；

(4)由于通道转弯而导致的压力损失：

其中，为通道的弯曲系数，ρ是流体密度，v是流体速度，θ是通道弯曲的角度；

步骤3、计算液压减震器的受力-速度曲线和受力-位移曲线以评估液压减震器的性能

液压减震器内部包括第一腔回程腔、第二腔压缩腔和第三腔补偿腔三个腔，根据步骤1的碟片阀门开阀模型得到的阀片的开阀高度值以及步骤2中根据液压传动计算模型得到的流体通道中的压力损失，分别求得液压减震器内部三个腔的压力：

为了模拟整个过程的受力曲线，首先给活塞输入一个正弦运动状态：S＝Asin(2πft)

其中，A是振幅，f是频率，t是时间，均可根据活塞的工作状态调整；

补偿腔的压强p₃可由理想空气的绝热过程方程计算而得：

其中，p₀是补偿腔内部的气体初始压强，A_rod是活塞杆的截面积，v₀是气体初始体积，S是活塞的初始位置，正常情况设为0；

压缩腔的压强p₂由下式计算而得：

p₂＝p₃+Δp₃₂

其中，Δp₃₂为下活塞两侧的压强差；

回程腔的压强p₁由下式计算而得：

p₁＝p₂+Δp₂₁

其中，Δp₂₁是上活塞两侧的压强差；

活塞受力-位移关系由下式表示：

F＝p₁A_reb-p₂A_com+p₃A_rod

其中，F为碟片阀门一侧所受到的压力，A_reb是回程腔的截面积，A_com是压缩腔的截面积，A_rod是活塞杆的截面积，回程腔内的压强p₁、压缩腔内的压强p₂、补偿腔内的压强p₃；

活塞受力-位移关系中每一个频率对应一个受力-位移曲线，该受力-位移曲线是一个封闭圆圈，通过将圆圈的峰值映射到受力-速度曲线，成为受力值，并由S＝Asin(2πft)的输入条件求导取得速度值，即对应的速度值为A2πf，两者的对应关系就是活塞的受力-速度关系。