基于ADINA的减震器流固耦合工程案例

减震器是车辆悬架系统的主要组成元件, 由活塞与节流阀片组成的减振器阀系是减振器产生阻尼作用的重要元件, 活塞孔的大小、节流阀片的数量以及调整垫圈的厚度决定了阻尼特性, 由于减振器流固耦合仿真属于缸筒密封性仿真，有活塞大位移运动及阀片实时变形，流体仿真设置存在问题；涉及ALE动网格及leader-follower点设置能力不足，各个边界设置认识不清晰。

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。

1、 减震器模型工作过程模拟计算

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。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，这是由动网格算法完成的。流固耦合计算求解是专门提供的求解器，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。