油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣彈簧，特別是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法。
【背景技術】
[0002] 對于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的應力強度校核，先前國內(nèi)外沒有精確、可靠的方 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)值仿真對最大復合應力進行校核，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，該方法計算速度慢且計算值與實際存有一定的差別。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，通過實體建模對不等厚環(huán)形閥片的強度進行仿真驗算，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設計及應力強度校核的要求，必須建立精 確、可靠的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種準確、 可靠的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，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] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方 法，其特征在于采用以下計算步驟：
[0005] (1)確定不等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(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)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項的特征方程，BP :
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
[0011] 利用Matlab程序，求解上述關于HY# Y 2的四個方程組成的方程組，求得不 等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項&和X 2;
[0012] (2)確定不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力系數(shù)Gc_x:
[0013] 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)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項XdPX2，確定不等厚環(huán)形 閥片的最大復合應力系數(shù)心。_，BP :
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] (3)計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力σ c_:
[0018] 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，及步驟（2)求得的 ，計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力SP :
[0019]
[0020] (4)不等厚環(huán)形閥片應力強度校核：
[0021] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的許用應力[σ ]，及步驟（3)求得的〇 ，對應力強度進行 校核，即：如果σ e_>[ 0 ]，則不等厚環(huán)形閥片不滿足應力強度要求；如果〇 e_〈[ 0 ]，則不 等厚環(huán)形閥片能夠滿足應力強度要求。
[0022] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術具有的優(yōu)點：
[0023] 對于油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的應力強度校核，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)值仿真對最大復合應力進行校核，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，該方法計算速度慢且計算值與實際存有一定的差別，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設計的要求。
[0024] 本發(fā)明提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，可根據(jù)油氣彈簧不等厚 環(huán)形閥片的結構參數(shù)和材料性能參數(shù)，對不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力進行快速精確的 計算，從而對油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的應力強度進行準確的校核。通過與ANSYS仿真結 果比較可知，該強度校核方法是可靠的且計算結果是精確的，為實現(xiàn)油氣彈簧現(xiàn)代化CAD 設計和不等厚環(huán)形閥片的應力強度校核，提供了不等厚環(huán)形閥片在均布壓力下的應力強度 校核方法；利用該方法可提高油氣彈簧的設計水平、質量和性能，降低油氣彈簧的設計及試 驗費用，在確保油氣彈簧特性設計要求的前提下，滿足油氣彈簧設計壽命的要求。
【附圖說明】
[0025] 為了更好地理解本發(fā)明下面結合附圖做進一步的說明。
[0026] 圖1是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法的流程圖；
[0027] 圖2是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學模型圖；
[0028] 圖3是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的應力仿真云圖。 具體實施方案
[0029] 下面通過一實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030] 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，許用應力[σ ] = 2000MPa。在閥片半徑[5· 0, 8. 5]mm區(qū)間上施加均 布壓力P = 3. OMPa，對不等厚環(huán)形閥片的應力強度進行校核。
[0031] 本發(fā)明實例所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，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：
[0032] (1)確定不等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項&和X2:
[0033] 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ra= 5. 0_，外圓半徑rb= 8. 5mm，建立不等厚環(huán)形閥片最大復合應力 系數(shù)構成的常數(shù)項的特征方程，BP :
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 利用Matlab程序，求解上述關于X1J2JjP Y 2的四個方程組成的方程組，求得不 等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項X1= 5. 059X 10 15和X 2= 1.526X 10 2°;
[0039] (2)確定不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力系數(shù)Ge_x:
[0040] 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1"3= 5. 0mm， 外圓半徑rb= 8. 5mm，以及步驟（1)求得的不等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù) 項X1= 5. 059 15和X 2= 1.526 2°，確定不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力系數(shù)Gei3_，SP :
[0041 ]
[0042]
[0043]
[0044] (3)計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力σ c_:
[0045] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm，均布壓力p = 3. OMPa，及步 驟⑵求得的Gei3mx= 4. 20459X10 nm2,計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力，即：
[0046]
[0047] (4)不等厚環(huán)形閥片應力強度校核：
[0048] 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的許用應力[0 ] = 2000MPa，及步驟（3)求得的〇 ε_ = 1401. 53MPa，可知，σ enax〈[ 0 ]，即不等厚環(huán)形閥片能夠滿足應力強度要求。
[0049] 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. 0mm， 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，得到不等厚環(huán)形閥片的應力仿 真云圖如圖3所示。
[0050] 由仿真結果圖3可知，在均布壓力p = 3. OMPa下，不等厚環(huán)形閥片的最大復合應 力仿真值為1390MPa，與利用該強度校核方法計算得到的最大復合應力1401. 53MPa相吻 合，相對偏差僅為0.79%。結果表明，所建立的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法是 正確的。
【主權項】
1.油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，其具體計算步驟如下： (1) 確定不等厚環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(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y，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)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項的特征方程，即：利用Matlab程序，求解上述關于X1J2JdP Y 2的四個方程組成的方程組，求得不等厚 環(huán)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項&和X 2; (2) 確定不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力系數(shù)Gei3niax: 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)形閥片最大復合應力系數(shù)構成的常數(shù)項&和X 2，確定不等厚環(huán)形閥片 的最大復合應力系數(shù)Ge。_，SP :(3) 計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力〇c_: 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，及步驟（2)求得的 ，計算不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力c e_，SP :(4) 不等厚環(huán)形閥片應力強度校核： 根據(jù)不等厚環(huán)形閥片的許用應力[〇 ]，及步驟（3)求得的〇 ，對應力強度進行校核， 即：如果ce_>[a]，則不等厚環(huán)形閥片不滿足應力強度要求；如果ae_〈[a]，則不等厚 環(huán)形閥片能夠滿足應力強度要求。
【專利摘要】本發(fā)明涉及油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，屬于油氣懸架技術領域。本發(fā)明提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的強度校核方法，可根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的結構參數(shù)和材料性能參數(shù)，對不等厚環(huán)形閥片的最大復合應力進行精確解析計算，從而對油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的應力強度進行準確校核。通過與ANSYS仿真結果比較可知，該強度校核方法是準確、可靠的，為實現(xiàn)油氣彈簧現(xiàn)代化CAD設計和不等厚環(huán)形閥片的應力強度校核，提供了可靠的不等厚環(huán)形閥片在均布壓力下的應力強度校核方法。利用該方法可提高油氣彈簧的設計水平、質量和性能，降低油氣彈簧的設計及試驗費用，在確保特性設計要求的前提下，滿足油氣彈簧設計壽命的要求。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105138806
【申請?zhí)枴緾N201510645060
【發(fā)明人】周長城, 趙雷雷, 王鳳娟, 潘禮軍, 邵明磊, 于曰偉
【申請人】山東理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月8日