基于ADINA的减震器流固耦合工程案例

1、某型减震器工作过程模拟计算

该型减震器工作过程为：在一个周期里，活塞推动流体上下运动约减震器长度的三分之一的距离。流体随着阀门的开启和关闭被压进压出。ADINA 提供强耦合技术可以很方便的实现这类问题的分析，不需要第三方软件，对使用者来说，可以大大提高分析效率，同时也能保证计算的准确度。ADINA 提供gap 边界条件（控制流体通道的开启和关闭）、参数化动网格、自适应动网格、网格重划分、强耦合技术，为减震器系统流固耦合分析提供了必须的技术保障。

此模型开展计算的主要过程如下：

通过I-deas, Femap, Patran, Hypermesh 等有限元前处理软件读入CAD 几何模型，然后划分网格。注意，由于最终需要FSI 分析，因此活塞等结构零件模型和流场空间网格分开建立（也可以直接在ADINA-AUI 中建立几何模型）。

由前处理软件输出NASTRAN 结构、流场两个格式文件，例如*.bdf，*.nas 等。

启动ADINA User Interface (AUI)，即ADINA 前后处理软件，读入两个文件。

在AUI 中,定义材料（固体、流场）、约束条件等。结构零件上施加不同的活塞运动速度或者冲击等动态条件。更加重要的是，指定一些特殊的边界条件，例如进行耦合分析的流固耦合边界条件，控制阀门间隙开启－关闭的Gap 条件等。由于进行的是瞬态动力计算，需要按照活塞周期等指定时间步。

启动ADINA-FSI 进行求解。

在计算过程中，随着结构（如活塞）的运动，流场网格经历很大的变形和运动，这是由ADINA动网格算法完成的。流固耦合计算求解器（FSI）是ADINA 专门提供的求解器，专门求解流体和固体耦合响应现象。流固耦合的求解包括一系列功能组成，包括：双向直接耦合算法、双向迭代算法；动网格自动处理技术；特殊边界条件，例如流固耦合边界条件，Gap 阀门间隙条件等。当结构网格和流场网格提供给FSI 后，程序自动组合流场和结构网格成为一个工作系统，此系统与纯结构或者流体问题一样，由一组非线性方程组代表，求解这个方程组就可获得一步结果。连续求解就可获得系统的瞬态响应过程。

针对此模型，需要研究不同速度下（行程不变，周期不同）的阻尼特性，这需要采用批处理计算功能自动完成，最终整理出横坐标为往复频率，纵坐标为阻尼力峰值的产品特性曲线。

2、弹簧阻尼系统计算

弹簧阻尼系统的流固耦合响应计算，采用了ADINA 提供的参数化动网格技术，随着活塞运动，弹簧被拉长或压缩，流体则在空隙出被压进或压出。

3、直筒式阻尼器计算

直筒式阻尼器计算方法与前面模型的方法相同。下图为计算结果。

4、智能油压减震器模拟

该型减震器有5 个开关，需要设置5 个gap 条件，刚开始5 个开关均是打开状态，当液压达到一定条件时，5 个开关中的一部分开关按照设计要求自动关闭。

5、弹簧阀片阻尼器分析

此减震器的工作原理是使液体通过由弹簧阀片所控制的孔洞，依赖弹簧阀片的开关和流体的粘滞阻力提供减震效果。

由于弹簧片的弹性，使得流体流通的孔洞大小会随着连杆拉力的大小而改变。所以要求计算软件应有一下功能：

• 基本CFD 求解功能；

• 流体与弹簧片互动（流固耦合）；