1、PDF外文：http:/ Nonlinear Dynamics (2005) 40: 119147 阻尼式溢流阀的建模与动态响应 作者 :richard.eyresbristol.ac.uk (英国布里斯托尔大学布里斯托尔工程动态实验室 ) 摘要 :本文概述了几种可行的方法 :一个含有液压阻尼结构的安全阀打开一条旁路管道 . 将最初的一个简单的代数模型 ,推导演变成一个复杂的结合流体动力学和流体压缩性的模型 .通过数值仿真来模拟现实现象和设计参数 . 关键词 :流体压缩系数、液压阻尼器、非线性、安全阀 1.介绍 振动阻尼器在许多应
2、用 场合使用 ,例如汽车减震器上 ,桥梁的稳定上 ,直升机和抗震的建筑物。 为了使一个系统不用反复进行实际试验 ,建立一个模型是至关重要的。 本文将重点阐述 一个大型机械系统中的 阻尼器 ,把 该阻尼器 作为一个 独立的模块来研究 。因此它是假定的一个简单且以时间为变量的模型 .当输入位移时会产生一种力。仿制的阻尼器在本质上是一个液压柱塞。它上面有一个小活塞孔口连接两侧流体使其流动 ,如图 1所示。通过这个原理可对复杂的阻尼器进行研究。当柱塞两边的压差足够高时 ,一个锥阀打开 ,允许流体流过如图 2的替代管。这种情况发生时的阻尼器就称为开阀。 开阀是通过阻尼
3、器套管使油液连通的阀。油液通过时会对旁路管路产生阻力 ,管道的压差 ,决定了阀门开合。开阀系统和负压差系统是一样，它们与自由阀门不同之处是负压时阀门会处于静止状态以防止第二旁路管中的流体在相反的方向自由流动 . 这样一种阻尼器 ,用于指示非线性模型 .用于小振幅阻尼或低频运动的应用场合是很重要的 .根据阻尼器的性质分类 ,可决定它可以被应用于以上的哪种工作方式。这种有不同运作模式的可调阻尼器 ,广泛应用在陆地和在水上 ,如汽车高速运行 ,以及越野。其他方面的应用有飞机起落架和叶片阻尼器。当阻尼器在全面运作时 ,阻 尼器可以采取不同的运作方式。 本研究主要目的是试图再现
4、液压减振器测试的显示数据 .如图表 1和 2。这个数据的显著的特点是 :具有滞后性和延迟反应 ； 在开阀区域有抖动振荡。图 3所示的是一个典型的输入系统线图。线图显示了活塞阻尼器的位移与时间关系。时间被定为 1个周期 ,位移如 4.3节所述。输入的主要特征是光滑的周期运动和位移梯度较小的数量变化 .。从这种类型的输入 ,我们需要一种类似如图 4所示的力。这个力已经恢复到的使开阀上的活塞能够打开 ,允许直接比较的力。与时间曲线对应的力表明在反向力处会快速振荡。在这些区域力的方向并 没有改变 ,没有像期望的那样 ,有位移梯度显示的几种输出延迟反应。这种迟滞现象更明显地反映在速度图线反映的力上。在一
5、个位移输入高频变化的简短响应中 ,迟滞反应的结果是对输入位移的变化做出反应 ,同时允许对低频组件做出平稳响应。 一个动态的且完全参数化的模型 ,比如这个阻尼器 ,因为压缩弹簧和管道里的液体压迫而受到压力。如后面图所示 ,这可能会造成一个复杂的动态响应。当管段的阻尼器模型 , 收到如在图 1中的响应 8的基础上 ,由此产生的模型可以用来预测阻尼器的动态响应性质变化的效果 。研究的关键内容是 , 孔和旁路管路在弹簧刚 度和阀的排放特性不同的情况下的尺寸。在这个文章里简单推导总质量参数模型 ,将所有这些影响。 2.液压阻尼器 广泛应用的两种常见阻尼吸振
6、器为 :被动阻尼器 ；与半主动阻尼器。被动阻尼器 ,如液压阻尼器 ,该阻尼器没有外部输入控制 , 在操作和执行上属于完全被动方式。主动阻尼器有一个外部的能量输入力的响应 ,以便根据给定的输入来改变力的响应以适合工作环境 , 而这可能会导致需求较高的能源 . 这也就是半自动阻尼器为何现在变得越来越受欢迎的原因 .半自动阻尼器类似于自动阻尼器 ,不同之处是对于半主动阻尼器 ,必须给出力的指令 ,来命令驱动 阻尼器。可以采用一个如图 1装置 ,模拟在流体孔粘滞阻尼。被动阻尼器的响应在所有时间内是相同的 (忽略损失等等 )而一个的半主动减振器可能由于机械上孔大小的改变而产生不同反应。要完全理解这种类型
7、的半主动减振器 ,重要的是去理解被动的简单情况下 ,以便推导控制律 。 推导出一种参数化模型是必要的 ,而不是用传递函数的阻尼器建模 .更快的解决方案 ,它可以不考虑物理系统。例如 ,孔直径变化就需要进行改造和重新拟合阻尼器模型测试数据。这除了对 参数模型 进行验证外 ,不会被要求实施。 被动阻尼器在许多应用领域使用 ,例如汽车的冲击吸收系统。这 类系统工作的工作模型都是基于执行一组数学方程。最终方程都是基于相同的基本方程。用传递函数 ,可以产生一个更简单方程 . 参照 图 1,由此方程可得阻尼器的力定义式 活塞上的受力状态方程 ,取决于一个给定运动 y(
8、t).应用于阻尼器 的阀体的惯性和 m y(t)给出了 ,在活塞上的力取决于两个腔之间的压力 (P1(t)P2(t)与活塞由于与假定的面摩擦产生的恒定力的差别。一个是活塞的截面积。在稍后参考论文中应该指出 ,方程 (1)不适用于迟滞的表征。 压差 (P1(t)P2(t),可以归因于粘滞摩擦损失 , 通过管口 p f和在其出口孔的水头损失 ph值的总和。 假设流体不可压缩 , 用连续性方程可以来获得体积的变化 , (2) 对于小 y的流量可以假设为层流。然后可以 16Poisseuille方程来表达 V和 pf之间的压力差 p两个腔由于粘性在阻尼器的建模和动态响应 (3)在这里 是动态粘度、 l是长度、 d是其孔口直径 (假定圆截面 )。 结合方程 (2)和 (3)得到通过孔口粘滞力下列方程 其中 A是孔的面积。第二个压力损失是由于 ph水头损失 (有时叫做节流损失 ),在其出口孔给出 V-压缩流体的速度。 90o出口 ,c=0.5。 由动量守恒原理得 因此 这里 是液体的密度。压力差 P1P2等于方程 (7)中所描述的损失 整体的运动方程 ,因此是所提供的
