本发明涉及阻尼减振器内阀系阀片技术领域，尤其涉及一种基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法。
背景技术：
筒式减振器在汽车中使用广泛，且其阀系结构参数极大影响了减振器的阻尼特性。对于阀系采用纯阀片结构的减振器，环形阀片的计算一直是减振器参数化模型的难点。能否精确计算环形阀片变形，直接影响仿真模型中示功特性与速度特性的准确性，因此如何能够准确的计算出阀片变形对提高减振器的工作性能起着至关重要的作用。现对减振器阀系阀片的分析方法都是基于薄板变形的小挠度理论或大挠度理论的计算分析方法，但无论基于薄板变形的晓挠度变形理论分析方法还是基于薄板变形的大挠度变形理论分析方法计算量都很大，且因为薄板变形的小挠度理论和大挠度理论本身存在的变形量假设，不可避免的在计算时会产生较大的误差，其庞大的计算量也为减振器的示功特性数学建模带来了困难，所以如何精准且简便的计算阀片因受力而产生的变形量对减振器的示功特性分析具有十分重要的意义。
技术实现要素：
基于上述技术问题，本发明设计开发了一种基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，目的在于解决精准且简便计算阀片因受力而产生的变形量的问题。
本发明提供的技术方案为：
一种基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，包括如下步骤：
步骤一、确定所述减振器阀片两端的受压范围；
步骤二、在所述受压范围内对所述阻尼可调减振器的活塞总成中的复原阀阀片组和底阀总成中的压缩阀阀片组的两端分别施加多个不同的作用力并记录相对应的变形量；
步骤三、根据复原阀阀片组的变形量与两端所受作用力确定第一关系式，根据压缩阀阀片组变形量与两端所受作用力确定第二关系式；
步骤四、根据所述第一关系式和所述第二关系式，对所述阀片实际施加作用力后计算阀片的变形量。
优选的是，在所述步骤一中，对所述电磁阀控阻尼可调减振器进行阀系特性实验计算所述受压范围，包括如下过程：
所述阀系特征实验采用正弦激励进行计算确定活塞杆运动速度：
式中，s为减振器行程，v为活塞杆运动速度，n为正弦输入频率；
计算环形阀阀片两端的压强差p：
式中，f为此种减振器在活塞杆不同运动速度下对应的复原行程与压缩行程的最大阻尼力，a为环形阀片的面积。
优选的是，在所述步骤一中，在恒温箱中进行实验确定所述减振器阀片两端的受压范围，所述恒温箱的温度设定为253k，且将所述减振器放入所述恒温箱中静止三小时后进行实验。
优选的是，在所述步骤一中，在恒温箱中进行实验时对所述减振器选择输入的电流为0a。
优选的是，所述阀系特性实验的减振器行程试验范围为50mm，试验频率范围为0.31hz～3.5hz。
优选的是，所述复原阀阀片组包括5个复原阀片，其内径均为8mm，外径均为21mm，厚度均为0.22mm。
优选的是，所述压缩阀阀片组包括：
第一压缩阀片，其内径为4mm，外径为15.6mm，厚度为0.25mm；
第二压缩阀片，其内径为4mm，外径为15.6mm，厚度为0.15mm；
第三压缩阀片，其内径为4mm，外径为14.5mm，厚度为0.15mm；
第四压缩阀片，其内径为4mm，外径为13mm，厚度为0.1mm；
第五压缩阀片，其内径为4mm，外径为10mm，厚度为0.1mm。
优选的是，在所述步骤四中，阀片的变形量计算过程为：
式中，hd为阀片叠加后的当量厚度，h1为第1片阀片的厚度，h2为第2片阀片的厚度，h3为第3片阀片的厚度，hn为第n片阀片的厚度。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
本发明对减振器的环形阀片弯曲变形的计算量明显减小，在分析过程中引入了实际实验，提高了分析结果的准确性，且对环形阀片进行弯曲变形分析时，不用人为假设变形量大小的界限，再通过薄板变形的大挠度理论和小挠度理论进行计算分析。
附图说明
图1为本发明所述的复原阀阀片三维模型示意图；
图2为本发明所述的压缩阀阀片三维模型示意图；
图3为本发明所述的复原阀阀片在ansys软件中的有限元分析模型示意图；
图4为本发明所述的复原阀阀片在压强为0.62mpa作用下的变形量示意图；
图5为本发明所述的复原阀阀片在压强为1.24mpa作用下的变形量示意图；
图6为本发明所述的复原阀阀片在压强为1.86mpa作用下的变形量示意图；
图7为本发明所述的复原阀阀片在压强为2.48mpa作用下的变形量示意图；
图8为本发明所述的复原阀阀片在压强为3.10mpa作用下的变形量示意图；
图9为本发明所述的复原阀阀片在压强为3.72mpa作用下的变形量示意图；
图10为本发明所述的复原阀阀片在压强为4.34mpa作用下的变形量示意图；
图11为本发明所述的复原阀阀片在压强为4.96mpa作用下的变形量示意图；
图12为本发明所述的复原阀阀片在压强为5.58mpa作用下的变形量示意图；
图13为本发明所述的复原阀阀片在压强为6.20mpa作用下的变形量示意图；
图14为本发明所述的压缩阀阀片在压强为0.64mpa作用下的变形量示意图；
图15为本发明所述的压缩阀阀片在压强为1.28mpa作用下的变形量示意图；
图16为本发明所述的压缩阀阀片在压强为1.92mpa作用下的变形量示意图；
图17为本发明所述的压缩阀阀片在压强为2.56mpa作用下的变形量示意图；
图18为本发明所述的压缩阀阀片在压强为3.20mpa作用下的变形量示意图；
图19为本发明所述的压缩阀阀片在压强为3.84mpa作用下的变形量示意图；
图20为本发明所述的压缩阀阀片在压强为4.48mpa作用下的变形量示意图；
图21为本发明所述的压缩阀阀片在压强为5.12mpa作用下的变形量示意图；
图22为本发明所述的压缩阀阀片在压强为5.76mpa作用下的变形量示意图；
图23为本发明所述的压缩阀阀片在压强为6.40mpa作用下的变形量示意图；
图24为本发明所述的复原阀阀片所受压强与变形量关系图；
图25为本发明所述的压缩阀阀片所受压强与变形量关系图。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，包括：对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行阀系性能试验，确定环形阀片两端受到压力的范围，同时对可调阻尼减振器的活塞总成中复原阀阀片组与底阀总成中压缩阀阀片组进行三维建模，进行有限元法的受力变形分析，收集复原阀阀片组变形量与两端所受压力的关系数据，采用拟合法得出变形量与受力的关系式，收集压缩阀阀片组变形量与两端所受压力的关系数据，采用拟合法得出变形量与受力的关系式，根据上述关系式精准且简便的计算阀片因受力而产生的变形量。
在进行有限元分析时，首先要知道减振器阀系两端压强，因此对减振器的阀系进行了以下实验，为了获得较大范围的减振器阀系阀片变形量与压强数据，实验时考虑到减振器中油液的粘度随温度的降低而增大，把恒温箱的温度设定为253k即零下20℃，将此种可调阻尼减振器放入恒温箱中静置三小时后进行实验，根据实验测试可知此种电磁阀控可调阻尼减振器的阻尼力随着输入电流的增大而增大，因此实验时选择输入的电流为0a，依据国标qc/t545-1999《汽车筒式减振器台架实验方法》，对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行阀系特性实验。
对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行阀系特性实验，采用的正弦激励，公式：
式中，s为减振器行程，单位mm；v为活塞杆运动速度，单位m/s；n为正弦输入频率，单位circle/min。
应用减振器示功机试验台，对减振器进行不同速度下的示功实验，得出此种减振器在不同速度下对应的复原行程与压缩行程的最大阻尼力，对减振器阀系中的环形阀片内径和外径进行测量，得出环形阀片的面积。
环形阀阀片两端的压强差p的计算公式为：
式中，f为此种减振器在不同速度下对应的复原行程与压缩行程的最大阻尼力，a为环形阀片的面积。
通过对电磁阀控可调阻尼减振器阀系的拆解，测量其复原阀阀片，压缩阀阀片的基本尺寸，根据表测量的数据和阀片叠加的当量厚度计算公式计算阀片的当量厚度，并应用catia软件建立阀片的三维模型。
测量减振器阀系阀片的内径、外径、数量与厚度，再计算其当量厚度，
阀片叠加的当量厚度计算公式：
式中，hd为阀片叠加后的当量厚度，h1为第1片阀片的厚度，h2为第2片阀片的厚度，h3为第3片阀片的厚度，hn为第n片阀片的厚度
当阀片的外径不同时，阀片叠加部分的厚度按当量厚度计算，未叠加的部分仍为阀片的原厚度，完成上述计算后，在catia软件中草图模块中进行草图的绘制，进入三维建模模块中，进行三维拉伸与打孔操作，完成复原阀阀片与压缩阀阀片的三维建模。
用ansys软件对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行有限元分析，首先将前面在catia中所建立的复原阀阀片与压缩阀阀片的三维模型导入到ansys软件中，并定义实常数即属性添加，然后对模型进行有限元网格划分并施加约束与载荷，完成上述操作后应用求解器进行求解，最后对求出的结果进行后处理，得出复原阀阀片的求解结果与压缩阀阀片的求解结果，收集复原阀阀片变形量与载荷数据汇总成表，收集压缩阀阀片变形量与载荷数据汇总成表，根据收集而来的数据，在matlab软件编写m文件，采用多项式拟合法拟合出阀片变形与两端压差的关系曲线与关系式；其中，catia版本为v5r21及以上均可，ansys为8.0及以上均可，matlab为2017a及以上均可。
实施例
为了获得较大范围的减振器阀系阀片变形量与压强数据，实验时考虑到减振器中油液的粘文特性，把恒温箱的温度设定为零下20℃，将此种可调阻尼减振器放入恒温箱中静置三小时后进行实验，根据实验测试可知此种电磁阀控可调阻尼减振器的阻尼力随着输入电流的增大而增大，因此实验时选择输入的电流为0a，依据国标qc/t545-1999《汽车筒式减振器台架实验方法》，对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行阀系特性实验，采用的正弦激励激励函数的具体参数如表1，减振器的实验数据结果如表2。
由表2可知当减振器的温度为253k即零下20℃时，活塞杆运动速度为0.55m/s时，此种位于电磁阀控可调阻尼减振器活塞的复原阀片两端的最大压强差压差为6.023mpa，位于底阀压缩阀片两端的最大压差值为6.376mpa，所以在ansys软件中对三维模型实验载荷时复原阀片两端最大压强差取6.2mpa，压缩阀阀片两端最大压强差最大取6.4mpa。
表1激励函数具体参数
表2减振器的实验数据结果
通过对电磁阀控可调阻尼减振器阀系的拆解，现对活塞上复原阀阀片与底阀压缩阀阀片的测量数据下表3，已知减振器环形阀片的材料为硅钢片，其弹性模量e＝2.09·1011，泊松比μ＝0.3，根据表3的数据和阀片叠加的当量厚度计算公式计算阀片的当量厚度，并应用catia软件，绘制阀片的三维模型如图1和图2所示。
表3减振器阀系阀片参数
用ansys软件对此种电磁阀控可调阻尼减振器进行有限元分析，首先将前面在catia中所建立的复原阀阀片与压缩阀阀片的三维模型导入到ansys软件中，定义实常数即属性添加，设置弹性模量与泊松比，然后对模型进行有限元网格划分并施加约束与载荷如图3，完成上述操作后应用求解器进行求解，不通压强下复原阀阀片的求解结果如图4-13，压缩阀阀片的求解结果如图14-23，收集原阀阀片变形量与载荷数据汇总成表4，收集压缩阀阀片变形量与载荷数据汇总成表5。
表4复原阀阀片变形
表5压缩阀阀片变形
根据表4和表5中的数据，在matlab软件编写m文件，如图24和25所示，采用多项式拟合法拟合出阀片变形与两端压差的关系曲线。
复原阀片变形量与两端压强差的拟合公式：
x1＝0.1118p1 1.3636×10-4；
压缩阀片变形量与两端压强差的拟合公式：
x2＝0.1288p2 1.3636×10-4；
其中，x1，x2分别为复原阀片与压缩阀片的变形量；p1,p2分别为复原阀片与压缩阀片两端的压强差，p1的取值范围为0-6.2mpa；p2的取值范围为0-6.4mpa，将计算结果进行绘图如图24-25可知，当阀片两端压差增大时，阀片的变形量增大。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
1.一种基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定所述减振器阀片两端的受压范围；
步骤二、在所述受压范围内对所述阻尼可调减振器的活塞总成中的复原阀阀片组和底阀总成中的压缩阀阀片组的两端分别施加多个不同的作用力并记录相对应的变形量；
步骤三、根据复原阀阀片组的变形量与两端所受作用力确定第一关系式，根据压缩阀阀片组变形量与两端所受作用力确定第二关系式；
步骤四、根据所述第一关系式和所述第二关系式，对所述阀片实际施加作用力后计算阀片的变形量。
2.根据权利要求1所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，对所述电磁阀控阻尼可调减振器进行阀系特性实验计算所述受压范围，包括如下过程：
所述阀系特征实验采用正弦激励进行计算确定活塞杆运动速度：
式中，s为减振器行程，v为活塞杆运动速度，n为正弦输入频率；
计算环形阀阀片两端的压强差p：
式中，f为此种减振器在活塞杆不同运动速度下对应的复原行程与压缩行程的最大阻尼力，a为环形阀片的面积。
3.根据权利要求2所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，在恒温箱中进行实验确定所述减振器阀片两端的受压范围，所述恒温箱的温度设定为253k，且将所述减振器放入所述恒温箱中静止三小时后进行实验。
4.根据权利要求3所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，在恒温箱中进行实验时对所述减振器选择输入的电流为0a。
5.根据权利要求2所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，所述阀系特性实验的减振器行程试验范围为50mm，试验频率范围为0.31hz～3.5hz。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，所述复原阀阀片组包括5个复原阀片，其内径均为8mm，外径均为21mm，厚度均为0.22mm。
7.根据权利要求6所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，所述压缩阀阀片组包括：
第一压缩阀片，其内径为4mm，外径为15.6mm，厚度为0.25mm；
第二压缩阀片，其内径为4mm，外径为15.6mm，厚度为0.15mm；
第三压缩阀片，其内径为4mm，外径为14.5mm，厚度为0.15mm；
第四压缩阀片，其内径为4mm，外径为13mm，厚度为0.1mm；
第五压缩阀片，其内径为4mm，外径为10mm，厚度为0.1mm。
8.根据权利要求7所述的基于有限元的电磁阀控阻尼可调减振器阀片分析方法，其特征在于，在所述步骤四中，阀片的变形量计算过程为：
式中，hd为阀片叠加后的当量厚度，h1为第1片阀片的厚度，h2为第2片阀片的厚度，h3为第3片阀片的厚度，hn为第n片阀片的厚度。
技术总结