汽车悬架减振器高精度建模技术研究

发布时间：2017-08-03 13:03

  本文关键词：汽车悬架减振器高精度建模技术研究

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【摘要】：当前减振器企业对产品的设计仍主要采用设计精度不高、研发周期长、成本高的“经验+反复试验”的传统模式,主要原因在于：一方面节流阀的变形量和节流孔的节流特性的理论计算一直没有可直接使用的精确公式,使得所建立的减振器性能参数模型的求解精度低,设计出的减振器难以满足工程要求,需要通过样件试验对设计参数进行调整；另一方面减振器开阀后的内部三维有限元模型由于节流阀开阀规律未知,流体与节流阀耦合面的边界条件难以准确定义,使得所建立的流场模型精度难以达到工程需求,根据流场模型分析所设计的减振器内部流道和阀系结构是否合理时,得到的结论存在一定偏差,仍需要通过样件试验对设计的产品进行调整。然而,在当下整车企业倡导“整车-零部件同步开发”的背景下,以上的设计模式已跟不上整车企业新产品开发的脚步,严重影响减振器公司产品竞争力。基于此,本文对减振器高精度建模技术展开研究,研究工作具体如下：首先,通过调研、分析国内学者关于减振器性能仿真的高精度建模方法,首次提出局部三维模型、整体三维模型和一维性能分析模型相结合的建模方法。结合局部三维有限元模型及减振器企业产品标准化和系列化的特点,构建了减振器局部有限元计算参数管理系统,即采用有限元软件对企业现有的节流阀的刚度和节流孔的节流特性进行求解,将求解结果存入减振器参数管理系统中,以便企业在需要时实现快速调用,进一步缩短了减振器开发、调试周期。其次,选定某乘用车后悬架双筒充气式液压减振器为研究对象,对减振器结构及工作原理进行分析,建立其数学模型,并在AMESir n中搭建减振器一维仿真模型。再次,验证局部三维模型与一维性能分析模型相结合的建模方法是否满足高精度和高效率的要求。采用ADINA建立节流阀和节流孔的局部有限元模型,探讨了快速、准确地求解节流阀刚度和节流孔节流特性的方法,并将仿真获取的节流阀刚度曲线和节流孔的压降-体积流速曲线导入AMESim中进行仿真。通过仿真与试验测试结果的对比可知：减振器在0.05m/s、0.3m/s、0.6m/s和1.0m/s4个工况下最大阻尼力的仿真结果与试验测试结果的最大误差均小于7%、减振器做功(即示功图围成的面积)的最大误差均不超过3%、速度特性曲线基本重合。并与当前已有建模方法的精度和求解效率进行对比,最终得出文中提出的建模方法是可行的,且该建模方法得到的模型求解精度及效率均高于已有建模方法。最后,验证一维性能分析模型与整体三维流场模型相结合的建模思路是否满足高精度和高效率的要求。利用ADINA-F模块建立减振器内部流场的整体三维模型,探讨了预留间隙对模型阻尼力的影响,发现由于预留间隙的存在,使得采用一个整体流场模型模拟压缩和复原两个过程存在较大误差。因此,分别建立减振器压缩过程和复原过程的流场模型,对开阀后的流场,其流体与节流阀耦合面处的边界条件采用从一维仿真结果中提取的各节流阀开阀规律来定义,并计算了开阀前0.05m/s和开阀后0.3m/s两工况下减振器的阻尼特性。通过仿真与试验测试结果的对比可知,开阀前流场模型最大阻尼力的误差小于8%,开阀后的误差小于3%。与当前已有建模方法的精度和求解效率进行对比,得出文中提出的建模方法是确实可行的,且开阀后流场模型的建模方法得到的求解精度及求解效率均高于已有模型。最后分析了开阀前后减振器内部流场的应力场、速度场的分布情况。
【关键词】：减振器 高精度建模 参数管理系统 节流阀刚度 非圆截面节流孔
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.335.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.3 主要工作内容19-20
• 第二章 减振器高精度建模方法探讨20-32
• 2.1 减振器高精度建模方法探讨20-23
• 2.2 高精度建模方法确定23-25
• 2.3 减振器局部有限元计算参数管理系统25-31
• 2.3.1 减振器局部有限元计算参数管理系统框架25-26
• 2.3.2 建立减振器局部有限元计算参数管理系统26-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 减振器数学模型建立32-46
• 3.1 减振器结构及工作原理分析32-33
• 3.2 建模假设33-34
• 3.3 减振器数学模型建立34-38
• 3.3.1 复原阀初次开阀37
• 3.3.2 复原阀二次开阀37-38
• 3.4 减振器一维性能分析模型建立38-45
• 3.4.1 减振器一维模型元件说明38-43
• 3.4.2 减振器一维性能分析模型43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 一维模型参数获取46-66
• 4.1 减振器台架测试46-49
• 4.1.1 汽车减振器外特性试验46-48
• 4.1.2 汽车减振器摩擦力试验48
• 4.1.3 汽车充气减振器充气力试验48-49
• 4.2 采用局部有限元获取节流阀刚度49-55
• 4.2.1 节流阀刚度特性的有限元分析方法50-52
• 4.2.2 节流阀刚度求解52-55
• 4.3 采用局部有限元获取非圆截面节流孔节流特性55-57
• 4.3.1 采用半经验公式的方法55-56
• 4.3.2 采用有限元仿真获取压降-体积流速的方法56
• 4.3.3 两种模拟方法的对比分析56-57
• 4.4 一维仿真模型验证及节流阀开阀规律57-61
• 4.4.1 一维仿真模型验证57-59
• 4.4.2 节流阀开阀规律获取59-61
• 4.5 关于有限元快速获取节流阀刚度的结论验证61-64
• 4.5.1 关于有限元快速获取节流阀刚度的结论61
• 4.5.2 结论验证61-64
• 4.6 减振器性能参数模型建模的精度和效率对比64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 减振器内部流场分析66-92
• 5.1 减振器整体流场模型建立66-70
• 5.1.1 整体流场模型建立的假设67
• 5.1.2 流场几何模型建立67-69
• 5.1.3 边界条件69
• 5.1.4 流体流动状态确定69-70
• 5.2 整体流场模型求解70-72
• 5.3 预留间隙对阻尼力的影响72-78
• 5.3.1 理论分析探讨预留间隙对阻尼力的影响72-75
• 5.3.2 CFD仿真验证预留间隙对阻尼力的影响75-78
• 5.4 修正后的流场模型验证78-82
• 5.4.1 开阀前流场模型验证78-80
• 5.4.2 开阀后流场模型验证80-82
• 5.5 减振器整体内部流场建模的精度和效率对比82-83
• 5.6 内部流场分析83-90
• 5.6.1 开阀前内部流场分析83-88
• 5.6.2 开阀后内部流场分析88-90
• 5.7 本章小结90-92
• 第六章 结论与展望92-95
• 6.1 结论92-93
• 6.2 展望93-95
• 致谢95-96
• 参考文献96-100
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研参与情况100

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本文编号：614460