油液动力黏度对间隙式桥梁锁定装置动态特性影响的CFD仿真

　　0引言

　　桥梁锁定装置，简称LUD，是一种能量传递装置，通常安装在桥面和滑动桥墩上，如图1所示。当桥梁正常变形时(如热膨胀以及缓慢蠕动时)，LUD不会阻碍桥梁运动;当桥梁发生剧烈运动时(如地震、紧急制动等)，LUD在极短的时间内将桥面与滑动桥墩锁死。此时，固定桥墩的受力即可以通过桥面传递给滑动桥墩，从而提高了桥梁的整体抗震能力。

　　我们对间隙式LUD进行CFD仿真计算，给出了不同油液动力黏度下LUD的阻尼力特性曲线，为油液的选择提供了一种依据。

　　1建模与网格划分

　　我们以目前应用最为广泛的双出杆间隙式LUD作为研究对象，其结构主要包括：活塞杆、活塞头、活塞缸和球铰，如图2所示。活塞杆和活塞头通常采用螺纹连接，活塞头与活塞之间有一定的间隙量，活塞腔内充满阻尼介质，现今一般为硅油。

　　因我们仅对双出杆间隙式LUD的腔内油液作CFD仿真计算，故不需要考虑球铰，因此对其结构进行简化处理，得到如图3所示的LUD仿真模型。

　　如图3所示，LUD的结构参数为：液压缸内径D=180mm，活塞头和活塞杆的总质m=50kg，活塞杆直径d=80mm，活塞的长度为L=130mm，初始状态左右腔的长度相同，均为L1=110mm，活塞与液压缸之间的间隙为h=0.2mm。根据图所示的LUD尺寸，在ANSYS-ICEM中对其油液部分建立模型，建立好模型后需要对模型进行网格划分。

　　由于该模型中涉及到极小的间隙，一般只有零点几毫米，而且该部分又是计算的关键所在，故此处的网格需要加密，并且网格质量越高越好，所以本文在此处提出了一种比较有效的划分圆柱形间隙LUD网格的方法———复合“O”形网格划分法。

　　该方法的思路是：首先，用Block包裹整体模型，对整体模型做“O”grid，并将整Block和生成的“O”Block的边分别投影到相应的外轮廓线上和活塞头的外边缘轮廓线上;其次，对内部的生成的“O”Block再次使用“O”grid方法，再次生产“O”Block，然后将最后生成的“O”Block投影到活塞杆的横截面轮廓线;最后，将不需要的Block删除或者隐藏，设置好网格的大小，最后生成的网格如图4所示。

　　由图4可知，论文所需求解的网格模型仅为油液部分的模型，将该模型导入到ANSYS-CFX中进行仿真计算。

　　2 CFD仿真计算

　　2.1工作介质的参数设置

　　图4所示的LUD仿真模型导入到ANSYS -CFX后，需将其赋予硅油介质，因此需在ANSYS-CFX中新建一种介质，其特性和硅油基本吻合，初始特性参数如表1所示。

　　表1可知，硅油的初始密度为930kg/m3，但硅油又具有较强的压缩性，而且论文讨论的是LUD的动态特性，所以必须考虑油液的压缩性，因此密度值随着压力的变化而变化，根据经验公式可得：