【摘要】：針對某型大噸位礦用自卸車油氣懸架為油氣兩相相互接觸的特點(diǎn),擬從多相流數(shù)值仿真的角度對其非線性剛度阻尼特性進(jìn)行分析。首先,在探討了現(xiàn)有多相流建模方法適用性、湍流模型適用性的基礎(chǔ)上,結(jié)合VOF模型和動網(wǎng)格技術(shù),在Fluent軟件中建立懸架的氣液兩相流模型,并采用UDF方法對兩相流模型的邊界運(yùn)動形式進(jìn)行預(yù)定義。其次,模擬了懸架拉伸和壓縮狀態(tài)下的內(nèi)部瞬態(tài)流場特性,得到不同時刻相應(yīng)流道中的速度和壓力云圖,提取出氣室內(nèi)壓力的變化以及懸架內(nèi)因閥系結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的壓力差的變化,進(jìn)而計算得到其剛度和阻尼特性曲線。再次,將所求力學(xué)特性曲線通過Spline函數(shù)導(dǎo)入ADAMS/View中,建立了某型礦用自卸車的多體動力學(xué)模型,開展了隨機(jī)道路平順性仿真分析,并借助實車道路振動測試驗證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后,通過兩相流仿真分析了阻尼孔倒圓大小、開孔角度、不同單向閥開度對懸架阻尼特性的影響。
【圖文】：

圖２油氣懸架原始模型圖３油氣懸架簡化模型表１油氣懸架結(jié)構(gòu)尺寸ｍｍ缸筒內(nèi)徑活塞外徑阻尼孔直徑單向閥直徑３６８３４０８１５２．２模型計算域網(wǎng)格劃分采用ＡＮＳＹＳ／ＩＣＥＭ軟件對簡化模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，考慮到單向閥和阻尼孔直徑相對于整體結(jié)構(gòu)尺寸較小，因此，對其進(jìn)行了局部網(wǎng)格加密，并改善了網(wǎng)格質(zhì)量，最終網(wǎng)格數(shù)大于１２０萬。模型計算域典型截面網(wǎng)格如圖４所示，包括一個閥系橫截面網(wǎng)格和兩個閥系縱截面網(wǎng)格。在Ｆｌｕｅｎｔ軟件中將兩個單向閥分別設(shè)置為兩個ｂｏｄｙ，網(wǎng)格其余部分設(shè)置為第三個ｂｏｄｙ，以便于實現(xiàn)單向閥在拉伸和壓縮行程時的開閉狀態(tài)。圖４模型計算域網(wǎng)格劃分２．３ＶＯＦ模型和動網(wǎng)格技術(shù)耦合建模２．３．１湍流模型選擇就減振器而言，流體流經(jīng)阻尼孔的狀態(tài)為湍流，這已被大量的試驗工作所驗證［２３］。因此，在進(jìn)行油氣懸架流體數(shù)值仿真前，有必要對湍流模型適用性進(jìn)行分析，以提高計算精度。目前，計算流體力學(xué)中，，描述湍流的基礎(chǔ)是Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ－Ｓ）方程［２４－２５］，根據(jù)Ｎ－Ｓ方程中對湍流處理尺度的不同，湍流數(shù)值模擬方法主要分為：直接數(shù)值模擬（ＤＮＳ）、大渦模擬（ＬＥＳ）和雷諾平均方法（ＲＡＮＳ）。ＤＮＳ方法直接求解湍流運(yùn)動的Ｎ－Ｓ方程，可以獲得湍流瞬時流場的全部信息，但由于計算量大，目前只限于一些低雷諾數(shù)的簡單流動。ＬＥＳ方法在湍流運(yùn)動的數(shù)值模擬過程中，將Ｎ－Ｓ方程在一個小空間域內(nèi)進(jìn)行平均（或稱為濾波），以便從流場中去掉小尺度渦，導(dǎo)出大渦所滿足的方程，通過建立亞格子尺度模型來模擬小渦對大渦的影響，是介于ＤＮＳ方

圖２油氣懸架原始模型圖３油氣懸架簡化模型表１油氣懸架結(jié)構(gòu)尺寸ｍｍ缸筒內(nèi)徑活塞外徑阻尼孔直徑單向閥直徑３６８３４０８１５２．２模型計算域網(wǎng)格劃分采用ＡＮＳＹＳ／ＩＣＥＭ軟件對簡化模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，考慮到單向閥和阻尼孔直徑相對于整體結(jié)構(gòu)尺寸較小，因此，對其進(jìn)行了局部網(wǎng)格加密，并改善了網(wǎng)格質(zhì)量，最終網(wǎng)格數(shù)大于１２０萬。模型計算域典型截面網(wǎng)格如圖４所示，包括一個閥系橫截面網(wǎng)格和兩個閥系縱截面網(wǎng)格。在Ｆｌｕｅｎｔ軟件中將兩個單向閥分別設(shè)置為兩個ｂｏｄｙ，網(wǎng)格其余部分設(shè)置為第三個ｂｏｄｙ，以便于實現(xiàn)單向閥在拉伸和壓縮行程時的開閉狀態(tài)。圖４模型計算域網(wǎng)格劃分２．３ＶＯＦ模型和動網(wǎng)格技術(shù)耦合建模２．３．１湍流模型選擇就減振器而言，流體流經(jīng)阻尼孔的狀態(tài)為湍流，這已被大量的試驗工作所驗證［２３］。因此，在進(jìn)行油氣懸架流體數(shù)值仿真前，有必要對湍流模型適用性進(jìn)行分析，以提高計算精度。目前，計算流體力學(xué)中，描述湍流的基礎(chǔ)是Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ－Ｓ）方程［２４－２５］，根據(jù)Ｎ－Ｓ方程中對湍流處理尺度的不同，湍流數(shù)值模擬方法主要分為：直接數(shù)值模擬（ＤＮＳ）、大渦模擬（ＬＥＳ）和雷諾平均方法（ＲＡＮＳ）。ＤＮＳ方法直接求解湍流運(yùn)動的Ｎ－Ｓ方程，可以獲得湍流瞬時流場的全部信息，但由于計算量大，目前只限于一些低雷諾數(shù)的簡單流動。ＬＥＳ方法在湍流運(yùn)動的數(shù)值模擬過程中，將Ｎ－Ｓ方程在一個小空間域內(nèi)進(jìn)行平均（或稱為濾波），以便從流場中去掉小尺度渦，導(dǎo)出大渦所滿足的方程，通過建立亞格子尺度模型來模擬小渦對大渦的影響，是介于ＤＮＳ方

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