CN103116709A - 减振器环形阀片周向应力的计算方法 - Google Patents

减振器环形阀片周向应力的计算方法 Download PDF

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提艳
宋群
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Abstract

本发明涉及减振器环形阀片周向应力的计算方法，属于减振器技术领域。先前对于减振器环形阀片周向应力一个没有可靠的计算方法。本发明其特征在于采用如下步骤：1)确定阀片周向应力系数构成的各常数项；2)在任意半径r位置的周向应力系数G σθ r 计算；3)减振器环形阀片在任意半径r位置的周向应力σ θ r 计算。该发明可根据减振器环形阀片的结构及材料性能参数，对在任意半径位置的周向应力σ θ r 及内圆半径r a处的最大周向应力σ θ r max进行精确计算。通过ANSYS仿真验证结果可知，该减振器环形阀片周向应力的计算方法是精确，为减振器叠加阀片拆分设计及应力强度校核提供了可靠的周向应力计算方法。

Description

减振器环形阀片周向应力的计算方法
技术领域
本发明涉及液压减振器，特别是减振器环形阀片周向应力的计算方法。
背景技术
对于减振器环形阀片周向应力计算，先前国内外无可精确、可靠的计算方法，大都是利用有限元仿真软件，对给定压力下的阀片通过建立实体模型进行数值仿真，可以得到可靠的数值解，但是需要建立实体模型且不能提供精确的解析计算式及计算方法。由于减振器阀片的破坏不仅受径向应力的影响,而且还受周向应力的影响,减振器阀片会沿着半径方向断裂,主要是由于阀片所受的周向应力超出了应力强度的要求。随着汽车工业的快速发展及行驶速度的不断提高，对减振器及节流阀片设计提出了更高的要求，而当前有限元仿真软件，对周向应力的数值仿真验算，缺乏精确的解析计算式或方法，不能满足现代汽车工业快速发展及减振器现代化CAD设计的要求。因此，为了满足减振器叠加阀片拆分设计及应力强度校核的要求，必须对必须建立精确、可靠的减振器环形阀片周向应力计算方法，实现对环形阀片的周向应力进行精确、快速计算。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种精确、可靠的减振器环形阀片周向应力的计算方法，其计算流程如图1所示。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的减振器环形阀片周向应力的计算方法，力学模型如图2所示,其技术方案实施步骤如下：
（1）确定环形阀片周向应力系数构成的各常数项:
根据减振器环形阀片的内圆半径                                                ，外圆半径
Figure 114880DEST_PATH_IMAGE002
，泊松比μ，确定环形阀片在均布压力下周向应力系数构成的各常数,分别为：
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE003
,  
Figure 804618DEST_PATH_IMAGE004
，
   
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure 440130DEST_PATH_IMAGE006
;
式中，，
Figure 582530DEST_PATH_IMAGE008
，，
Figure 594479DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 76407DEST_PATH_IMAGE012
，，
Figure 945137DEST_PATH_IMAGE014
；
（2）在任意半径r位置的环形阀片周向应力系数
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE015
的计算:
根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 500797DEST_PATH_IMAGE001
，外圆半径
Figure 113175DEST_PATH_IMAGE002
，泊松比μ，及步骤（1）中的E 1，E 2，E 3和E 4，计算环形阀片在任意半径r（
Figure 574243DEST_PATH_IMAGE016
）处的周向应力系数
Figure 879454DEST_PATH_IMAGE015
，即：
；
式中，
Figure 996446DEST_PATH_IMAGE018
，
；
当r=r a时, 
Figure 84619DEST_PATH_IMAGE015
即为环形阀片在内圆半径处的周向应力系数
Figure 665773DEST_PATH_IMAGE020
；
（3）环形阀片在任意半径r位置的周向应力
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE021
及最大周向应力
Figure 876305DEST_PATH_IMAGE022
计算:
       根据环形阀片的厚度h，所受压力p，及步骤（2）中的
Figure 542910DEST_PATH_IMAGE015
及
Figure 497091DEST_PATH_IMAGE020
，对减振器环形阀片在半径r处的周向应力
Figure 932751DEST_PATH_IMAGE021
及在内圆半径
Figure 642081DEST_PATH_IMAGE001
处的最大周向应力
Figure 530403DEST_PATH_IMAGE022
分别进行计算，即
                           ；
                           
Figure 288274DEST_PATH_IMAGE024
。
本发明比现有技术具有的优点：
对于减振器环形阀片周向应力计算，先前国内外无可精确、可靠的计算方法，大都是利用有限元仿真软件，对给定压力下的阀片通过建立实体模型进行数值仿真，可以得到近似的数值解，缺乏精确的解析计算式或方法，不能满足减振器及叠加阀片现代化CAD设计的要求。
本发明可根据减振器环形阀片的结构参数和材料性能参数，得到在任意半径r位置的环形阀片周向应力系数，从而实现对减振器环形阀片在任意半径位置的周向应力及内圆半径r a处的最大周向应力进行精确、快速计算，通过与ANSYS仿真结果比较可知，该减振器环形阀片周向应力的计算方法是精确，为减振器叠加阀片拆分设计及应力强度校核，提供了可靠的环形阀片周向应力计算方法。
为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。
图1 是减振器环形阀片周向应力计算的流程图；
图2 是减振器环形阀片在均布压力下的力学模型；
图3 是实施例一的减振器环形阀片周向应力系数
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE025
随半径r的变化曲线；
图4 是实施例一的在不同压力情况下的减振器环形阀片周向应力
Figure 453808DEST_PATH_IMAGE026
曲线；
图5 是实施例一的减振器环形阀片在内圆半径r a位置的最大周向应力随压力p的变化曲线；
图6 是实施例一的减振器环形阀片周向应力ANSYS仿真云图；
图7 是实施例二的减振器环形阀片在p=1.352115MPa的周向应力
Figure 334039DEST_PATH_IMAGE026
曲线；
图8 是实施例二的减振器环形阀片周向应力ANSYS仿真云图；
图9 是实施例三的减振器环形阀片周向应力系数
Figure 709657DEST_PATH_IMAGE025
随半径r的变化曲线；
图10 是实施例三的减振器环形阀片在p=3.0MPa情况下的周向应力
Figure 67957DEST_PATH_IMAGE026
曲线；
图11 是实施例三的减振器环形阀片周向应力ANSYS仿真云图。
具体实施方案
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：某减振器阀片的厚度h=0.3mm,内圆半径
Figure 415893DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 467025DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm，泊松比μ=0.3，均布压力分别为p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa。
本发明实例所提供的减振器环形阀片周向应力的计算方法，计算流程如图1所示，具体步骤如下：
（1）确定环形阀片周向应力系数构成的各常数项:
根据减振器阀片的内圆半径
Figure 341658DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 503649DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm，弹性模量E=2.0
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE027
和泊松比μ=0.3，确定在均布压力下，环形阀片周向应力系数构成的各项常数E 1、E 2、E 3和E 4，即：
Figure 378195DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE029
，
 
Figure 537912DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE031
=
Figure 825805DEST_PATH_IMAGE032
； 
式中, 
Figure 791487DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 848436DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 975792DEST_PATH_IMAGE009
，，
Figure 317091DEST_PATH_IMAGE011
，，
Figure 854700DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 117185DEST_PATH_IMAGE014
；
（2）在任意半径r位置的环形阀片周向应力系数
Figure 424670DEST_PATH_IMAGE015
的计算:
根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 252949DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 925370DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm，泊松比μ=0.3，及步骤（1）中的E 1，E 2，E 3和E 4，计算阀片在任意半径r（）处的周向应力系数
Figure 583064DEST_PATH_IMAGE015
，即：
Figure 531429DEST_PATH_IMAGE017
；
式中，，
Figure 470883DEST_PATH_IMAGE019
；
计算所得到的环形阀片周向应力系数随半径r的变化曲线，如图3所示，其中，
在=5.0mm处的
Figure 937264DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE033
mm2/N=
Figure 384340DEST_PATH_IMAGE034
。
（3）环形阀片在任意半径r位置的周向应力 及最大周向应力
Figure 432378DEST_PATH_IMAGE022
计算:
ⅰ) 不同压力下的阀片周向应力计算:
根据环形阀片的厚度h=0.3mm，及步骤（2）中的
Figure 679820DEST_PATH_IMAGE015
，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，分别对减振器环形阀片周向应力
Figure 688227DEST_PATH_IMAGE021
进行计算，如图4所示;
ⅱ) 不同压力下在内圆半径
Figure 679317DEST_PATH_IMAGE001
处的阀片最大周向应力
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE035
计算:
根据阀片的厚度h=0.3mm，及步骤（2）中的
Figure 332147DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 750490DEST_PATH_IMAGE034
，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，对在内圆半径
Figure 980614DEST_PATH_IMAGE001
处的阀片最大周向应力
Figure 775394DEST_PATH_IMAGE022
分别进行计算：
Figure 345047DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 871975DEST_PATH_IMAGE038
；
计算得到的在内圆半径
Figure 854974DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm处的
Figure 187866DEST_PATH_IMAGE022
随压力p的变化曲线，如图5所示。
根据减振器环形阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.5mm，厚度h＝0.3mm，泊松比μ＝0.3，利用ANSYS进行建模，网格划分单位为0.1mm，施加相同均布压力p＝3.0MPa情况下，仿真得到的减振器环形阀片的周向应力仿真云图，如图6所示。
由仿真结果图6可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该阀片最大周向应力的仿真值为481MPa，与利用该计算方法所得到的最大周向应力477.255MPa之间的偏差为3.745MPa，相对偏差仅为0.778%，表明本发明所建立的减振器环形阀片周向应力的计算方法是精确、可靠的，为减振器叠加阀片拆分设计及强度校核，提供了可靠的环形阀片周向应力计算方法。
实施例二：某减振器环形阀片的内圆半径、外圆半径及材料特性与实施例一的完全相同，环形阀片厚度h=0.2mm，均布压力p=1.352115MPa。
采用实施例一的计算步骤，由于减振器环形阀片的内圆半径、外圆半径及材料特性与实施例一的完全相同，因此，环形阀片周向应力系数构成的各项常数E 1、E 2、E 3和E 4及在任意半径r位置的周向应力系数
Figure 674343DEST_PATH_IMAGE015
与实施例一的也完全相同；
根据减振器环形阀片厚度h=0.2mm，均布压力p=1.352115MPa，及环形阀片在任意半径位置的周向应力系数
Figure 637751DEST_PATH_IMAGE015
，计算得到的环形阀片周向应力，如图7所示，其中，环形阀片在内圆半径
Figure 780150DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm处的最大周向应力= 483.9783MPa。
 根据减振器环形阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.5mm，厚度h＝0.20mm，泊松比μ＝0.3，利用ANSYS进行建模，网格划分单位为0.1mm，施加相同均布压力p＝1.352115MPa情况下，仿真得到的环形阀片周向应力仿真云图，如图8所示。
由仿真结果图8可知，在均布压力p＝1.352115MPa下，厚度h=0.2mm的环形阀片的最大周向应力
Figure 257716DEST_PATH_IMAGE040
仿真值为487MPa，与利用该计算方法所得到的最大周向应力值483.9783MPa之间的偏差为3.02MPa，相对偏差仅为0.62%，表明本发明所建立的减振器环形阀片周向应力的计算方法是精确。
实施例三：某减振器环形阀片的厚度h=0.3mm,内圆半径
Figure 146354DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 758733DEST_PATH_IMAGE002
=8.75mm，泊松比μ=0.3，均布压力p=3.0MPa。
采用实施例一的计算步骤，根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 219801DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 599047DEST_PATH_IMAGE002
=8.75mm，泊松比μ=0.3，确定环形阀片周向应力系数构成的各项常数E 1、E 2、E 3和E 4，即：
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE041
，，
 
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE043
,
Figure 866529DEST_PATH_IMAGE006
=
Figure 385366DEST_PATH_IMAGE044
；  
式中, 
Figure 658215DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 324820DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 279001DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 714661DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 158412DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 312313DEST_PATH_IMAGE012
，，
Figure 422668DEST_PATH_IMAGE014
；
计算所得到减振器环形阀片周向应力系数
Figure 240583DEST_PATH_IMAGE015
随半径r（）的变化曲线，如图9所示，在内圆半径=5.0mm处的周向应力系数
Figure 384753DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 2013100734208100002DEST_PATH_IMAGE045
mm2/N=
Figure 107990DEST_PATH_IMAGE046
；当压力p=3.0MPa，分别对减振器环形阀片周向应力进行计算，如图10所示，在内圆半径
Figure 70578DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm处的最大周向应力=554.648MPa。
根据减振器环形阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.75mm，厚度h＝0.3mm，泊松比μ＝0.3，利用ANSYS进行建模，网格划分单位为0.1mm，施加相同均布压力p＝3.0MPa情况下，仿真得到的阀片周向应力仿真云图，如图11所示。
由仿真结果图11可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该阀片最大周向应力
Figure 557371DEST_PATH_IMAGE040
仿真值为563MPa，与利用该计算方法所得到的最大周向应力
Figure 907581DEST_PATH_IMAGE040
值554.6483MPa之间的偏差仅为8.35MPa，相对偏差仅为1.48%，表明本发明所建立的减振器环形阀片周向应力的计算方法是精确。

Claims (1)

1.减振器环形阀片周向应力的计算方法，其具体步骤如下：
（1）确定环形阀片周向应力系数构成的各常数项:
根据减振器环形阀片的内圆半径                                               
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE002
，外圆半径，泊松比μ，确定环形阀片在均布压力下周向应力系数构成的各常数,分别为：
,     
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE008
，
   
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE010
, 
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE012
;
式中，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE028
；
（2）在任意半径r位置的环形阀片周向应力系数
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE030
的计算:
根据减振器环形阀片的内圆半径，外圆半径
Figure 885137DEST_PATH_IMAGE004
，泊松比μ，及步骤（1）中的E 1，E 2，E 3和E 4，计算环形阀片在任意半径r（
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE032
）处的周向应力系数
Figure 933864DEST_PATH_IMAGE030
，即：
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE034
；
式中，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE038
；
当r=r a时, 
Figure 958321DEST_PATH_IMAGE030
即为环形阀片在内圆半径处的周向应力系数
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE040
；
（3）环形阀片在任意半径r位置的周向应力
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE042
及最大周向应力
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE044
计算:
    根据环形阀片的厚度h，所受压力p，及步骤（2）中的
Figure 180224DEST_PATH_IMAGE030
及
Figure 278630DEST_PATH_IMAGE040
，对减振器环形阀片在半径r处的周向应力及在内圆半径
Figure 354219DEST_PATH_IMAGE002
处的最大周向应力
Figure 989600DEST_PATH_IMAGE044
分别进行计算，即
                            
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE046
；
                            
Figure 2013100734208100001DEST_PATH_IMAGE048
。
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