减震器翻译初稿(未翻译完).doc

预装入的液压弹簧/阻尼减振器的建模与分析 A.K. Samantaray * 机械工程学系,印度理工学院,721302 克勒格布尔， 印度1. 论文简介 液体减振器结构紧凑，较轻的悬挂机构能够减少浮游晃动，因此它们通常用于重载装备,如沉重的军用车辆、悬浮在飞行器和航天飞机的起落架等。但是，流过小孔的液体会产生较大的阻尼;缓冲作用就源于液体的可压缩性。本论文所做的研究是出于保护安装在海军舰艇上的敏感电子设备的需要，因为这些电子设备常常遭遇险些被命中的冲击伤害。因为在这种情况下震动输入电平随着甲板频率变化而变化， 在甲板上通常都装有敏感设备比如雷达等，所以找到一个解决方案是非常具有挑战性的1。该设备是脆弱的水平激发我们使用高液体弹簧加压,冲击衰减2。液压弹簧的设计要求能够承受恒定的大载荷，来平衡在运动时急剧加强的预加载荷。这些可能会导致的流体泄漏峰值动态压力、振动传递率和浮游摆动是决定飞船防御体系安全和防御水平的关键设计参数。权衡驾驶舒适性和可操作性是汽车悬架的设计主要关心的问题，与此不同，稳健性和可靠性是御系统设计关键方面。 研究表明,长期以来液压簧在隔离大冲击/高速输入载荷方面非常有效3。然而,它们并没有被广泛使用因为价格昂贵，而且经常被划分为维持高液压力的密封技术之一。图1显示了液压弹簧的基本原理，图中所示的变量H表示装置的内部高度，ht表示活塞的厚度, Ap表示活塞的横截面积, Ar表示活塞杆的横截面积， M表示负载的质量, W表示负载的重量, g表示重力加速度，V(t)表示地球励磁速度。液体弹簧的刚度特性与流体的体积模量和活塞的面积成正比，并且和液体腔的体积成反比。一个激活的液体弹簧可能会通过使用一个或更多的与活塞两边的液体腔相连的辅助室来改变液压弹簧的刚度特性，并且能够有选择性的打开或关闭辅助室的通道4。液压弹簧的阻尼手液体流动的限制，而且可以通过各种方式加以调整，例如：通过阻力板的双向阻尼，或者阀门及管口的单向阻尼5。液体弹簧的最近技术发展大多是基于主动控制，以便实时调节刚度和阻尼特性。利用入井液的磁流变是一种常用的主动控制方法6。一些温敏特性的纳米多孔材料比如现状记忆合金也用于液体弹簧的主动控制7。不管液体弹簧是否被激活，液体弹簧的机械设计需要一个相当精确的模型。在文献中,人们会发现了在流体力学基础上发展起来的液体弹簧模型8。这些模型对研究微观性质（如应力分布、流场），但是对研究宏观特性显得太复杂了。注意要发展一个积极有效的控制方案和控制规则(结合一些具体最优性)通常是从一个简单的模型发展起来的,因为它必须被运用到一个实时的嵌入式计算机控制系统中去。 在这篇论文中已经利用键合图建立了被动悬架的运动模型。事实上文献13的前两个作者是在主动和半主动悬架领域里众所周知研究人员。一个空气弹簧减振器系统键合图模型,有点类似液体弹簧系统,是在18是最近发展起来的。在本文中,某一特定液体弹簧系统被设计来承受一个给定的负荷。成熟的液体弹簧系统是预装入的，而且研究它的运动来确定关键的设计参数，这些参数要很好地满足了最大瞬变液条件压力、最大悬架打和最大传输冲击的设计规范。此外，已经证明预加载荷保证了入井液的最低温差。另外，高速率输入负载可能产生流动阻塞，从而在可压缩流体中产生冲击波并且在和入井液中产生孔蚀现象。在一个封闭的体积产生的冲击波会产生取决于阻尼力的应变率。设计时一个目标是选择适当的孔口尺寸，以避免产生现象、流动阻塞、冲击波。2 .液体减振器 现代液体弹簧通常使用有机硅流体，它们通常有较小的体积模量、无腐蚀性，认为是稳定的，即它们的性质像体变模量、粘度等几乎在一大范围的工作力和温度下保持恒定。此外,这些液体有良好的剪切稳定性,即没有剪切中止或粘性永久性的下降，这在许多被长时间使用的液压油中就可以发现。这篇论文选择的液体是聚二甲基硅氧烷，它的化学结构如图2所示。 用在军事装备的液体弹簧使用止回阀代替圆孔活塞,它们只有当设计允许流量超过前负荷冲击时才流动并履行作为刚性安装在正常操作。在本文中,我们开发了一套可供选择的预加载荷的装置。 本文呈现了用于液压式液体弹簧减振器的一般键合图模型。其它的设计可使用已经应用于各种各样的本构关系的键合图模型经适当修改的相同模型。2.1. 液体弹簧模型 在可压缩液体内部阻尼依赖于应力率19。这导致了方向依赖瞬时各向异性压力。其在活塞上的合力是一个取决于各向同性的流体压力(P)和压力(Pd)率的叠加力。在同一个面上各向同性的力产生弹力，各向异性的力产生阻尼力。各向同性的压力变化量与体积的变化量之间的关系如下：其中V是相对于初始体积的减少量，是液体的瞬时密度，是液体的初始密度，m是在控制体积内的质量，是流体的体积弹性模量20,21。以自由空间的压力作为参考,量具的各向同性的压力（压力为正压力） 来自经典流体力学19,22。 其中，q是流线的速度矢量，I是粘度系数23，1是第二黏性系数或拉伸粘度 24,25，B是一独立参数；是笛卡尔坐标中的应力，是笛卡尔坐标中的线应变，叠加表示时间导数;即表示线应变率，在各向同性的情况下，这是众所周知，在微元上各向异性压力或应力为：其中 是克罗内克函数，4仿真结果 液压弹簧在大变形11时表现出明显的非线性特性，也因此在运动时也能对它们进行复杂的研究。在本文中,讨论了一个特殊案例，其参数值见表一。 请注意，第一次出现粘度不直接作为参数系数，但其影响将在孔口流量系数内。 当考虑摩擦系数（取决于粘度），特定的孔的流量系数就和公式（11）的理论公式推导不同了。必须通过钻不同直径的孔和测量流过的它们不同的压力降的实验来获得流量系数。在表一的这些可变参数值(中小弹簧)时通过多次反复实验获得的，目的是为了满足了设计第3节中提到的规格。请注意，对于在减震器流体平均密度的变化，只是因为活塞杆进入。但是该研究结果假定表明孔流量系数保持不变并且总流量系数包括孔和维数用于了此项研究。图7给出了该预装隔震刚度特性。它是通过从平衡位置准静态地移动从负载而得到的，即由V(t) = 0，且代入I:W/g流速缓慢的原因。在图7中积极偏转是指第二级弹簧的压缩，静态负荷不排除在外。力-位移曲线的初始斜率表明，第一级和第二级的弹簧刚度是一样的。然而，在更大挠度情况下，两个弹簧的刚度特性差异明显。为了评估热力学性质的影响，单一的液体弹簧（见图1a和键合图模型4）进行了审议。单液体弹簧的参数与第一级的弹簧是相称的。支撑负载活塞杆是刚性连接，且液体的初始压力为W/Ar。该基地由海浪激发了近似为随机输入有0.4米/秒最大振幅的信号，该基地由海浪激发