油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣彈簧，特別是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力，先前國內(nèi)外無精確、可靠的計算 方法，大都是利用有限元仿真軟件，對給定壓力下的不等厚環(huán)形閥片，通過建立實體模型進 行數(shù)值仿真得到近似的數(shù)值解，但是需要建立實體模型且不能提供精確的解析計算式及計 算方法。由于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的破壞不僅受周向應(yīng)力的影響，而且還受徑向應(yīng)力 的影響，不等厚環(huán)形閥片會沿著內(nèi)圓周處斷裂，主要是由于不等厚環(huán)形閥片所受的最大徑 向應(yīng)力超出了應(yīng)力強度的要求。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展及行駛速度的不斷提高，對油氣 彈簧及不等厚環(huán)形閥片的設(shè)計提出了更高的要求，當前利用有限元仿真軟件，通過實體建 模對最大徑向應(yīng)力進行仿真驗算，缺乏精確的解析計算式，不能滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)的快速 發(fā)展和油氣彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計的要求。因此，為了滿足油氣彈簧及不等厚環(huán)形閥片現(xiàn)代 化CAD設(shè)計及應(yīng)力強度校核的要求，必須建立精確、可靠的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大 徑向應(yīng)力的計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準確、 可靠的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，其計算流程圖如圖1所示；油 氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學模型如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的 計算方法，其特征在于采用以下計算步驟：
[0005] (1)確定不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項&和X2:
[0006] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，泊松比μ，變厚度半徑rt，有效內(nèi)圓半徑^，外 圓半徑r b，建立不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項的特征方程，BP :
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 利用Matlab程序，求解上述關(guān)于HYJP Y 2的四個方程組成的方程組，求得不 等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項&和X 2;
[0013] (2)確定不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_:
[0014] 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，有效內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑r b，以及 步驟（1)求得的不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項XdPX2，確定不等厚環(huán)形 閥片的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_，BP :
[0015]
[0016] (3)計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力σ
[0017] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的等厚度部分的厚度h。，所受均布壓力p，步驟（2)求得的 G"_，計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力σ_χ，ΒΡ :
[0018]
[0019] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點：
[0020] 對于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力的計算，先前國內(nèi)外無精確、可靠 的計算方法，大都是利用有限元仿真軟件，對給定壓力下的不等厚環(huán)形閥片，通過建立實體 模型進行數(shù)值仿真得到近似的數(shù)值解，但不能滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)的快速發(fā)展和油氣彈簧現(xiàn) 代化CAD設(shè)計的要求。
[0021] 本發(fā)明提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，可根據(jù)油氣彈 簧不等厚環(huán)形閥片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料性能參數(shù)，對不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力進行精 確、快速的計算。通過與ANSYS仿真結(jié)果比較可知，該計算方法是可靠的且計算結(jié)果是精確 的，為實現(xiàn)油氣彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計和不等厚環(huán)形閥片的應(yīng)力強度校核，提供了可靠的最 大徑向應(yīng)力計算方法。
【附圖說明】
[0022] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進一步的說明。
[0023] 圖1是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法的計算流程圖；
[0024] 圖2是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學模型圖；
[0025] 圖3是實施例的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片應(yīng)力仿真云圖； 具體實施方案
[0026] 下面通過一實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0027] 某特種車輛油氣彈簧采用了不等厚環(huán)形閥片，彈性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm，變厚度半徑r t= 7. 3mm，有效內(nèi)圓半徑r a= 5. 0mm， 外圓半徑rb= 8. 5mm，所受均布壓力為p = 3. OMPa。
[0028] 本發(fā)明實例所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，其計算 流程圖如圖1所示，油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學模型如圖2所示，具體步驟如下：
[0029] (1)確定不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項&和X2:
[0030] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,變厚度半徑rt = 7. 3mm，有效內(nèi)圓半徑1"3= 5. 0_，外圓半徑rb= 8. 5mm，建立不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力 系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項的特征方程，BP :
[0031]
[0032]
[0033] ；
[0034]
[0035] 利用Matlab程序，求解上述關(guān)于X1J2JjP Y 2的四個方程組成的方程組，求得不 等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項X1= 5. 059X 10 15和X 2= 1.526X 10 2°;
[0036] (2)確定不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_:
[0037] 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E = 200GPa，有效內(nèi)圓半徑!^= 5. 0mm， 外圓半徑rb= 8. 5_，以及步驟（1)求得的不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù) 項X1= 5. 059X 10 15和X2= 1.526X 10 2°，確定不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_， 即：
[0038]
[0039] (3)計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力σ
[0040] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的等厚度部分的厚度h。= 0. 3mm，所受均布壓力p = 3. OMPa， 步驟（2)求得的G"_= 4. 76756 nm2,計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力〇"ax，gp :
[0041 ]
[0042] 根據(jù)實施例中的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片，彈性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm，變厚度半徑r t= 7. 3mm，有效內(nèi)圓半徑r a= 5. Omm， 外圓半徑rb= 8. 5mm，所受均布壓力為p = 3. OMPa，利用ANSYS有限元分析軟件建立模型， 其邊界條件與圖2的力學模型一致，以0.1 mm為單位對模型劃分網(wǎng)格，在半徑[5. 0, 8. 5]_ 區(qū)間上施加均布壓力3. OMPa，對閥片進行靜力學仿真分析，所得到的徑向應(yīng)力仿真云圖如 圖3所示，其中，該油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力值為1595. 22MPa。
[0043] 該值與利用本發(fā)明提供的計算方法計算得到的最大徑向應(yīng)力值1589. 19MPa相吻 合，相對偏差僅為0.379%。結(jié)果表明，所建立的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的 計算方法是正確的。
【主權(quán)項】
1.油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，其具體計算步驟如下： (1) 確定不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項&和X 2: 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，泊松比μ，變厚度半徑rt，有效內(nèi)圓半徑^，外圓半 徑rb，建立不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項的特征方程，即：利用Matlab程序，求解上述關(guān)于X1J2JdP Y 2的四個方程組成的方程組，求得不等厚 環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項XjP X 2; (2) 確定不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_: 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，有效內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑rb，以及步驟 (1)求得的不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力系數(shù)構(gòu)成的常數(shù)項&和X 2，確定不等厚環(huán)形閥片 的最大徑向應(yīng)力系數(shù)G"_，BP :(3) 計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力σ_χ: 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的等厚度部分的厚度h。，所受均布壓力ρ，步驟（2)求得的G"_， 計算不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力〇Max，gp :
【專利摘要】本發(fā)明涉及油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，屬于油氣懸架技術(shù)領(lǐng)域。先前對于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力一直沒有可靠的計算方法，大都利用有限元軟件對給定壓力下最大徑向應(yīng)力進行仿真，不能滿足油氣彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計的要求。本發(fā)明提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片最大徑向應(yīng)力的計算方法，可根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料性能參數(shù)，對不等厚環(huán)形閥片的最大徑向應(yīng)力進行精確、快速的計算。通過與ANSYS仿真結(jié)果比較可知，該計算方法是準確、可靠的，為實現(xiàn)油氣彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計和不等厚環(huán)形閥片應(yīng)力強度計算，提供了可靠的最大徑向應(yīng)力計算方法。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105160136
【申請?zhí)枴緾N201510645227
【發(fā)明人】周長城, 趙雷雷, 潘禮軍, 邵明磊, 王鳳娟, 于曰偉
【申請人】山東理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月8日