油气弹簧阻尼阀特性分析与参数优化

摘要

油气悬架相对于其他悬架形式拥有结构紧凑、单位储能比大以及减振性能优良等优势，在工程车辆和重型越野车上得到了广泛运用。油气弹簧作为油气悬架系统中最主要的部件，其阻尼阀是油气弹簧产生阻尼力的关键元件。独立式阻尼阀相对于传统集成在活塞上的阻尼阀具有安装与更换便利、利于散热等优势，因此独立式阻尼阀在油气弹簧或者液压减振器中具有很好地应用前景。本文以某型越野车用油气弹簧独立式阻尼阀作为研究对象，基于Solidworks和ANSYS Workbench平台搭建模型，并通过台架试验验证仿真模型的精确性，运用流固耦合的方法分析独立式阻尼阀的特性；探究油液温度及结构参数对独立式阻尼阀特性的影响规律，并对独立式阻尼阀的结构参数进行优化，进而提升油气弹簧综合性能。
　　从油气弹簧及独立式阻尼阀的结构出发，结合其工作原理，综合运用材料力学、流体力学等理论推导阻尼阀片的大挠度变形解析计算式，并基于孔口流量计算及阀片变形原理搭建了独立式阻尼阀阻尼特性数学模型。
　　利用 Solidworks搭建独立式阻尼阀及流场的三维模型，并在 ANSYS Workbench中完成独立式阻尼阀流固耦合仿真模型的建立及求解，得到独立式阻尼阀油液流动详细信息和阻尼阀片在油液作用下的动态响应情况。
　　制定油气弹簧试验方案，搭建1/4车辆试验台架，对装备独立式阻尼阀的油气弹簧进行试验，验证了独立式阻尼阀流固耦合仿真模型的精确性，并探究了独立式阻尼阀的结构参数与油液温度对其阻尼特性的影响规律。
　　计算参考车辆在压缩行程阻尼阀开阀前、开阀后，伸张行程阻尼阀开阀前、开阀后四个阶段的阻尼系数，并运用遗传算法对理论计算所得四个阶段的阻尼系数进行寻优。采用基于速度特性曲线的曲线拟合优化方法对独立式阻尼阀结构参数中的常通孔直径、压缩阀片厚度、伸张阀片厚度进行优化。研究结果表明，与初始参数下的独立式阻尼阀相比，优化后独立式阻尼阀在压缩行程及伸张行程中的阻尼值与目标要求值的差异可分别减小9.79%和7.79%。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及研究思路

第二章 油气弹簧阻尼阀结构与特性分析

2.1 油气弹簧阻尼阀工作原理

2.2 阻尼阀片大挠度变形解析计算

2.3 油气弹簧阻尼特性数学模型

2.4 本章小结

第三章 基于流固耦合的阻尼阀特性仿真分析

3.1 流固耦合求解基本原理

3.2 独立式阻尼阀实体模型简化与建立

3.3 网格划分与评估

3.4 流固耦合求解设置

3.5 仿真结果与分析

3.6 本章小结

第四章 油气弹簧试验与参数对阻尼阀特性的影响

4.1 试验系统构建

4.2 试验与仿真结果对比

4.3 参数对阻尼阀特性的影响

4.4 本章小结

第五章 基于速度特性的阻尼阀结构参数优化

5.1 目标要求阻尼系数的计算

5.2 目标要求阻尼系数的寻优

5.3 阻尼阀结构参数优化

5.4 优化结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果