CN103150434A - 减振器环形阀片复合应力的计算方法 - Google Patents

减振器环形阀片复合应力的计算方法 Download PDF

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CN103150434A CN2013100734621A CN201310073462A CN103150434A CN 103150434 A CN103150434 A CN 103150434A CN 2013100734621 A CN2013100734621 A CN 2013100734621A CN 201310073462 A CN201310073462 A CN 201310073462A CN 103150434 A CN103150434 A CN 103150434A
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annular valve
radius
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vibration damper
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周长城
刘小亭
提艳
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Abstract

本发明涉及减振器环形阀片复合应力的计算方法，属于减振器技术领域。先前对环形阀片复合应力一直没有可靠的计算方法，大都是利用ANSYS进行数值仿真，不能满足减振器现代化CAD设计要求。本发明其特征在于采用如下步骤：1)、确定复合应力系数构成的各常数项；2)、在任意半径r位置的复合应力系数计算；3)、阀片在任意半径r位置的复合应力计算。该发明可根据减振器环形阀片的结构及材料特性参数和所受压力，对在任意半径位置的复合应力及在内圆半径处的最大复合应力进行计算。通过ANSYS仿真结果可知，该减振器环形阀片复合应力计算方法是精确的，为减振器环形叠加阀片拆分设计及应力强度校核提供了可靠的复合应力计算方法。

Description

减振器环形阀片复合应力的计算方法
技术领域
 本发明涉及液压减振器，特别是减振器环形阀片复合应力的计算方法。
背景技术
对于减振器环形阀片复合应力计算，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，通过建立实体模型对阀片在给定压力下的复合应力进行数值仿真，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，因此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。尽管《机械设计手册》提供了最大应力计算公式，只能根据阀片内、外圆半径的比值查手册得到一个近似应力系数，对阀片最大应力进行近似计算，但是不能对阀片在任意半径位置的复合应力进行计算。
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，必须建立精确、可靠的减振器环形阀片复合应力计算方法，能够对环形阀片的复合应力强度进行精确计算，满足减振器叠加阀片拆分设计及应力强度校核的要求。
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简便、准确、可靠的减振器环形阀片复合应力的计算方法，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复合应力的计算方法，力学模型如图2所示,其技术方案实施步骤如下：
（1）确定环形阀片复合应力系数构成的常数项： 
根据减振器环形阀片的内圆半径                                               
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE002
，外圆半径
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE004
，泊松比μ，确定环形阀片在均布压力下复合应力系数构成的各常数E 1，E 2，E 3和E 4,分别为：
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE006
,   
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE010
,
    
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE012
;
式中，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE028
；
（2）在任意半径r位置的环形阀片复合应力系数
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE030
计算：
根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 579918DEST_PATH_IMAGE002
，外圆半径
Figure 314656DEST_PATH_IMAGE004
，泊松比μ，及步骤（1）中的环形阀片复合应力系数构成的常数项E 1，E 2，E 3和E 4，计算环形阀片在任意半径r（
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE032
）处的复合应力系数，即：
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE034
；
式中，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE040
，
；
其中，当r＝
Figure 346251DEST_PATH_IMAGE002
时，
Figure 294616DEST_PATH_IMAGE030
就是内圆半径
Figure 229949DEST_PATH_IMAGE002
位置的最大合应力系数
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE044
；
（3）环形阀片在任意半径r位置的复合应力及最大复合应力
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE048
计算：
       根据减振器环形阀片的厚度h，压力p，及步骤（2）中的
Figure 732605DEST_PATH_IMAGE030
及
Figure 647472DEST_PATH_IMAGE044
，对减振器环形阀片在半径r处的复合应力及在内圆半径
Figure 854779DEST_PATH_IMAGE002
处的最大复合应力
Figure 907049DEST_PATH_IMAGE048
进行计算，即：
                            
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE050
；
                            
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE052
。
本发明比现有技术具有的优点：
对于减振器环形阀片复合应力计算，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，但是不能满足减振器及叠加阀片现代化CAD设计的要求。尽管《机械设计手册》提供了最大应力计算公式，只能根据阀片内、外圆半径的比值查手册得到一个近似应力系数，对阀片最大应力进行近似计算，但是不能对阀片在任意半径位置的复合应力进行计算。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，对环形阀片在任意半径位置的复合应力及内圆半径r a处的最大复合应力进行精确计算，通过与ANSYS仿真结果比较可知，该减振器环形阀片复合应力的计算方法是正确的，为减振器叠加阀片拆分设计及应力强度校核，提供了可靠的减振器环形阀片复合应力计算方法。
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 是减振器环形阀片复合应力计算流程图；
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复合应力系数
Figure 592983DEST_PATH_IMAGE030
随半径r的变化曲线；
图4 是实施例一的减振器环形阀片在不同压力情况下的复合应力
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE054
曲线；
图5 是实施例一的减振器环形阀片最大复合应力随压力p的变化曲线；
图6 是实施例一的减振器环形阀片复合应力ANSYS仿真云图；
图7 是实施例二的减振器环形阀片复合应力系数
Figure 515939DEST_PATH_IMAGE030
随半径r的变化曲线；
图8 是实施例二的减振器环形阀片在压力p=3.0MPa下的复合应力
Figure 294540DEST_PATH_IMAGE054
曲线；
图9 是实施例二的减振器环形阀片复合应力ANSYS仿真云图；
图10 是实施例三的减振器环形阀片在压力p=4.0MPa下的复合应力
Figure 834105DEST_PATH_IMAGE054
曲线；
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 356354DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm，外圆半径
Figure 664975DEST_PATH_IMAGE004
=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复合应力的计算方法，计算流程如图1所示，具体步骤如下：
（1）确定阀片复合应力系数构成的各常数项E 1、E 2、E 3和E 4
根据减振器阀片的内圆半径
Figure 124730DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm，外圆半径
Figure 417172DEST_PATH_IMAGE004
=8.5mm，弹性模量E=2.0
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE056
和泊松比μ=0.3，确定在均布压力下，阀片复合应力系数构成的各项常数E 1、E 2、E 3和E 4，即：
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE058
，，
 
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE062
,
Figure 2013100734621100002DEST_PATH_IMAGE064
=
Figure DEST_PATH_IMAGE066
；     
式中, 
Figure 556160DEST_PATH_IMAGE014
，，
Figure 338226DEST_PATH_IMAGE018
，，
Figure 716435DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 734069DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 822111DEST_PATH_IMAGE026
，；
（2）在任意半径r位置的阀片复合应力系数
Figure 960148DEST_PATH_IMAGE030
计算
根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 97869DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm，外圆半径
Figure 324188DEST_PATH_IMAGE004
=8.5mm，泊松比μ=0.3，及步骤（1）中E 1，E 2，E 3和E 4，计算阀片在任意半径r（）处的复合应力系数
Figure 753213DEST_PATH_IMAGE030
，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
式中，，
Figure 847388DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
；
计算得到复合应力系数
Figure 994073DEST_PATH_IMAGE030
随半径r（
Figure DEST_PATH_IMAGE074
）的变化曲线，如图3所示，其中，
在内圆半径
Figure 472459DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm处的复合应力系数=
Figure DEST_PATH_IMAGE076
mm2/N=
Figure DEST_PATH_IMAGE078
。
（3）阀片在任意半径r位置的复合应力
Figure 326462DEST_PATH_IMAGE046
及最大复合应力
Figure 789805DEST_PATH_IMAGE048
计算
       1）不同压力下的阀片复合应力计算
根据阀片的厚度h=0.3mm，及步骤（2）中的计算得到的在任意半径r（
Figure 68394DEST_PATH_IMAGE074
）处的复合应力系数
Figure 43303DEST_PATH_IMAGE030
，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，计算所得到的减振器环形阀片复合应力
Figure 728363DEST_PATH_IMAGE046
曲线，如图4所示。
2）不同压力下在内圆半径
Figure 79710DEST_PATH_IMAGE002
处的阀片最大复合应力
Figure DEST_PATH_IMAGE080
计算
根据阀片的厚度h=0.3mm，及步骤（2）中的在内圆半径
Figure 369877DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm处的复合应力系数
Figure 515687DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure DEST_PATH_IMAGE082
mm2/N=，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，对在内圆半径
Figure 389840DEST_PATH_IMAGE002
处的阀片最大复合应力
Figure 544878DEST_PATH_IMAGE048
分别进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
；
计算得到的在内圆半径=5.0mm处的阀片最大复合应力
Figure 740684DEST_PATH_IMAGE048
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复合应力仿真云图，如图6所示。
由仿真结果图6可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该阀片最大复合应力的仿真值为1400MPa，与利用该计算方法所得到的最大复合应力
Figure 827906DEST_PATH_IMAGE048
=1413.98MPa之间的偏差为13.98MPa，相对偏差仅为0.98%，表明本发明所建立的减振器环形阀片复合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复合应力计算方法。
实施例二：某减振器环形阀片的厚度h=0.3mm,内圆半径
Figure 122359DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm，外圆半径
Figure 875551DEST_PATH_IMAGE004
=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 491340DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm，外圆半径
Figure 988180DEST_PATH_IMAGE004
=8.75mm，泊松比μ=0.3，确定环形阀片复合应力系数构成的各项常数E 1、E 2、E 3和E 4，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，，
 
Figure DEST_PATH_IMAGE096
,
Figure 576288DEST_PATH_IMAGE012
=；  
式中, 
Figure 467758DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 836423DEST_PATH_IMAGE016
，，
Figure 376305DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 471300DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 592840DEST_PATH_IMAGE024
，，
Figure 56499DEST_PATH_IMAGE028
；
该实施例计算所得到减振器环形阀片复合应力系数
Figure 322396DEST_PATH_IMAGE030
随半径r（
Figure 910327DEST_PATH_IMAGE032
）的变化曲线，如图7所示；当压力p=3.0MPa，计算得到的减振器环形阀片复合应力
Figure 287082DEST_PATH_IMAGE046
曲线，如图8所示，在内圆半径
Figure 766605DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm处的复合应力系数
Figure 734561DEST_PATH_IMAGE044
=mm2/N=
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，最大复合应力
Figure 237217DEST_PATH_IMAGE048
==1643.3MPa。
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，仿真得到的阀片复合应力仿真云图，如图9所示。
由仿真结果图9可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该环形阀片最大复合应力
Figure 886504DEST_PATH_IMAGE048
仿真值为1650MPa，与利用该计算方法所得到的最大复合应力
Figure 984648DEST_PATH_IMAGE048
值1643.3MPa之间的偏差仅为6.7MPa，相对偏差仅为0.4%，表明本发明所建立的减振器环形阀片复合应力的计算方法是精确。
实施例三：某减振器环形阀片的结构参数和材料性能参数与实施例二的完全相同，仅所施加的均布压力p=4.0MPa与实施例的不同。
采用实施例二的计算步骤，对实施例三减振器环形阀片在均布压力p=4.0MPa的复合应力进行计算；由于减振器环形阀片的结构参数和材料性能参数，与实施例二的完全相同，因此环形阀片复合应力系数构成的各项常数（E 1、E 2、E 3和E 4）及复合应力系数
Figure 592347DEST_PATH_IMAGE030
与实施例二的完全相同。
在均布压力p=4.0MPa，计算得到的减振器环形阀片复合应力曲线，如图10所示，利用在内圆半径
Figure 363174DEST_PATH_IMAGE002
=5.0mm处的复合应力系数
Figure 348448DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 595889DEST_PATH_IMAGE100
mm2/N=，求得该减振器环形阀片的最大复合应力
Figure 923282DEST_PATH_IMAGE048
=
Figure DEST_PATH_IMAGE106
=2191MPa。

Claims (3)

1.减振器环形阀片复合应力的计算方法，其具体步骤如下：
（1）确定环形阀片复合应力系数构成的常数项： 
根据减振器环形阀片的内圆半径                                                
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE001
，外圆半径
Figure 268804DEST_PATH_IMAGE002
，泊松比μ，确定环形阀片在均布压力下复合应力系数构成的各常数E 1，E 2，E 3和E 4,分别为：
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE003
,    
Figure 912013DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE005
,
   
Figure 963146DEST_PATH_IMAGE006
;
式中，
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 294901DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 955427DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 220186DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 645483DEST_PATH_IMAGE014
；
（2）在任意半径r位置的环形阀片复合应力系数
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE015
计算：
根据减振器环形阀片的内圆半径，外圆半径
Figure 991068DEST_PATH_IMAGE002
，泊松比μ，及步骤（1）中的环形阀片复合应力系数构成的常数项E 1，E 2，E 3和E 4，计算环形阀片在任意半径r（
Figure 641492DEST_PATH_IMAGE016
）处的复合应力系数
Figure 565586DEST_PATH_IMAGE015
，即：
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE017
；
式中，
Figure 137513DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 110148DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，当r＝
Figure 859753DEST_PATH_IMAGE001
时，就是内圆半径
Figure 545130DEST_PATH_IMAGE001
位置的最大合应力系数
Figure 383773DEST_PATH_IMAGE022
；
（3）环形阀片在任意半径r位置的复合应力
Figure 2013100734621100001DEST_PATH_IMAGE023
及最大复合应力
Figure 477631DEST_PATH_IMAGE024
计算：
    根据减振器环形阀片的厚度h，压力p，及步骤（2）中的
Figure 743527DEST_PATH_IMAGE015
及
Figure 319739DEST_PATH_IMAGE022
，对减振器环形阀片在半径r处的复合应力
Figure 696494DEST_PATH_IMAGE023
及在内圆半径处的最大复合应力
Figure 612815DEST_PATH_IMAGE024
进行计算，即：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；
                           
Figure 115471DEST_PATH_IMAGE026
。
2.根据权利要求1所述方法中的步骤(1)～(2)，其特征在于：根据减振器环形阀片的内圆半径
Figure 295917DEST_PATH_IMAGE001
，外圆半径
Figure 128481DEST_PATH_IMAGE002
，泊松比μ，对减振器环形阀片在任意半径r位置的复合应力系数
Figure 736180DEST_PATH_IMAGE015
进行计算，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
式中，
Figure 257291DEST_PATH_IMAGE018
，；
Figure 429964DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 208564DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 748130DEST_PATH_IMAGE003
,    
Figure 768913DEST_PATH_IMAGE004
， 
Figure 77535DEST_PATH_IMAGE005
,
    ;
Figure 53898DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 583099DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 746227DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 132209DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 879323DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 743374DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 26588DEST_PATH_IMAGE014
。
3.根据权利要求1所述方法中的步骤(3)，其特征在于：根据减振器环形阀片的厚度h，所承受压力p，在任意半径r位置的复合应力系数及在内圆半径r a位置的最大复合应力系数
Figure 53767DEST_PATH_IMAGE022
，对减振器环形阀片在任意半径r位置的复合应力
Figure 721509DEST_PATH_IMAGE030
及在内圆半径r a位置的最大复合应力
Figure 859229DEST_PATH_IMAGE024
进行计算。
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