减振器冲击响应及破坏的仿真研究

    引言

    随着汽车质量提高，行驶速度加快，易出现乘员在较高车速下( 频率高、行程短) 的不舒适性，这不同于减振器的一般性能( 频率低，行程长) 。减振器活塞杆在正常工况下应力非常低，不易引起疲劳断裂。而冲击作用往往时间短、加速度大，易造成活塞杆冲击疲劳损伤，甚至断裂。同时，冲击下，减振器易产生流致振动、换向冲击、共振等易引起异响的现象。对此，国内外学者做了以下相关研究。

    在减振器阻尼力性能的预测上，周长城等根据节流部位的流体力学公式，建立了各节流部位的数学模型，并利用 matlab 等迭代计算获得了阻尼力曲线［1 －2］;吕振华等［3 －4］对具有不同节流参数的减振器开展实验研究，并采用了形式上适当的数学函数表达式研究了减振器内外特性的关系; 李世民等［5 －8］应用了有限元软件对减振器进行了分步-间接流固耦合仿真设计。由于 matlab 等数学仿真工具进行阻尼力预测需要一些经验的流体参数，使其应用上有很大局限性。同时，值得指出的是，这些数学模型大都基于稳态流体力学公式，因此，不能用于分析冲击波、机械迟滞等动态效应明显的冲击过程。试验虽最接近现实，但是投入大，可移植性差，且对减振器本质属性的认识能力有限。流固耦合仿真则计算理论成熟，适用性强，能获得比较好的结果。

    在减振器的冲击响应和疲劳破坏上，GONDEK［9］利用 Dyran 流固耦合分析了减振器在爆炸冲击下的响应，为气体压缩室的优化设计提供了指导意见; 杨基忠［10］研究了减振器的高频畸变特性，指出饱和高频畸变是由减振器结构决定的，不饱和高频畸变则由工作液泡沫特性决定的; 鲁明俊［11 －13］利用 LS-DYNA 研究了某型减振器在冲击载荷下的动态特性，明确脉动力瓣频率与减振效果的关系; 高速下，减振器易产生气穴和气体反弹，对此，周长城［14］对液压气穴产生机理进行了研究，提出了减小气穴产生的阀系结构设计措施; 通过对活塞杆进行断口失效分析和有限元应力分析，王侃［15］指出未进行圆角过渡是造成断裂的原因;陈轶杰建立了阀门水击力数学模型，并编程研究了叠加阀片厚度对水击力的影响规律［16］。这些研究工作都对边界条件做了较大的假设，与减振器的实际受力情况及破坏有很大的出入。因此，亟需从完善活塞杆的受力出发，深入研究减振器的冲击响应及破坏。

    为研究减振器在冲击载荷下的阻尼力性能、疲劳破坏和异响，依据前期开发的筒式减振器流固耦合有限元系统，建立了筒式减振器冲击响应有限元系统，以期进行流固耦合冲击响应仿真研究和冲击破坏仿真分析。