基于流固耦合分析方法的减振器复原阀节流特性研究

　　0 引言

　　减振器阀系的参数化设计一直是困扰减振器设计和开发的关键问题[1]。筒式液阻减振器节流阀片是影响其阻尼特性的关键零件，对减振器进行动特性仿真以及性能的预测的主要工作是阀系的设计[2]。减振器的节流阀片通常是有多片相同或不同厚度节流阀片叠加起来，以保证其相应的阻尼特性，常见的节流阀有弹性阀板组型、弹性阀板与螺旋弹簧组合型、板阀与螺旋弹簧组合型等，其弹性元件的位移和变形与节流区域流场之间存在着较强的动力学耦合关系，正确描述上述耦合关系是对减振器建模研究的关键所在[3]。

　　鉴于当前叠加阀片的研究现状和减振器实际设计、生产加工的需要，本文以某减振器为例，用有限元软件建立了其复原阀流固耦合( FSI) 有限元分析模型，仿真分析了在特定工况下叠加节流阀片的动态响应及油液常缺口处流场特性，通过该减振器技术参数对比验证建模的正确性。

　　1 FSI

　　FSI 的主要特征是: 固体的变形对流体的运动产生影响，流体的运动同样对固体的变形起作用。FSI 计算的核心是流体与固体的分析计算以及 FSI 系统方程的求解。流体本身的非线性使流体力学连续方程求解及其困难，而FSI 问题不仅要考虑流体域固体的数值分析，还要考虑两者之间的耦合。

　　2 复原阀系流固有限元模型及后处理

　　2. 1 复原阀的流固有限元模型

　　减振器的实际工作过程为: 外力作用在活塞杆上使其在工作腔上下运动，油液通过节流阀系实现预期的阻尼特性。实际建模过程中，通过固定活塞，对油液施加与活塞运动相同大小相等方向相反的速度载荷，来模拟减振器工作的复原行程。以某减振器复原阀总成作为建模对象如图1 所示。

　　在 ADINA 中建立复原阀系对应的固体和液体模型如图 2 和图 3 所示。为保证求解的准确性及节省计算时间，对结果有较大影响的叠加阀片部分采用细化网格，而活塞部分采用相对较大网格。同时，为更好的模型活塞在复原行程中，液体及固体阀片的运动特性，在构建固体模型时，加上了活塞体。流体动力学对网格的质量要求较高，对液体划分比固体更小的网格，网格采用 ADINA - F 提供的 4节点四面体单元，单元中心有辅助速度节点。固体的模型采用上述相同的网格。

　　2. 2 边界条件

　　固体模型中与活塞接触节流阀片采用常缺口型阀片如图 4 所示，其他均为与其材料属性、厚度相同的阀片。由于阀片的变形，阀片间存在相互作用。为更好的模拟组合阀片的流固耦合分析时阀片间的变形，叠加阀片间相互接触面定义了接触。各阀片具有相同的材料属性，此处的接触类型为刚体-刚体型，考虑阀板工作过程中的开度较小，则将设阀片间的摩擦系数为零。活塞体施加轴向位移约束，从而保证阀片组有效的工作过程。