基于ADINA的減震器流固耦合工程案例

1、 某型減震器工作過程模擬計算

    該型減震器工作過程為：在一個周期里，活塞推動流體上下運動約減震器長度的三分之一的距離。流體隨著閥門的開啟和關閉被壓進壓出。ADINA 提供強耦合技術可以很方便的實現這類問題的分析，不需要第三方軟件，對使用者來說，可以大大提高分析效率，同時也能保證計算的準確度。ADINA 提供gap 邊界條件（控制流體通道的開啟和關閉）、參數化動網格、自適應動網格、網格重劃分、強耦合技術，為減震器系統流固耦合分析提供了必須的技術保障。

此模型開展計算的主要過程如下：

? 通過I-deas, Femap, Patran, Hypermesh 等有限元前處理軟件讀入CAD 幾何模型，然后劃分網格。注意，由于最終需要FSI 分析，因此活塞等結構零件模型和流場空間網格分開建立（也可以直接在ADINA-AUI 中建立幾何模型）。

? 由前處理軟件輸出NASTRAN 結構、流場兩個格式文件，例如*.bdf，*.nas 等。

? 啟動ADINA User Interface (AUI)，即ADINA 前后處理軟件，讀入兩個文件。

   在AUI 中,定義材料（固體、流場）、約束條件等。結構零件上施加不同的活塞運動速度或者沖擊等動態條件。更加重要的是，指定一些特殊的邊界條件，例如進行耦合分析的流固耦合邊界條件，控制閥門間隙開啟－關閉的Gap 條件等。 由于進行的是瞬態動力計算，需要按照活塞周期等指定時間步。

? 啟動ADINA-FSI 進行求解。

   在計算過程中，隨著結構（如活塞）的運動，流場網格經歷很大的變形和運動，這是由ADINA動網格算法完成的。流固耦合計算求解器（FSI）是ADINA 專門提供的求解器，專門求解流體和固體耦合響應現象。流固耦合的求解包括一系列功能組成，包括：雙向直接耦合算法、雙向迭代算法；動網格自動處理技術；特殊邊界條件，例如流固耦合邊界條件，Gap 閥門間隙條件等。當結構網格和流場網格提供給FSI 后，程序自動組合流場和結構網格成為一個工作系統，此系統與純結構或者流體問題一樣，由一組非線性方程組代表，求解這個方程組就可獲得一步結果。連續求解就可獲得系統的瞬態響應過程。

   針對此模型，需要研究不同速度下（行程不變，周期不同）的阻尼特性，這需要采用批處理計算功能自動完成，最終整理出橫坐標為往復頻率，縱坐標為阻尼力峰值的產品特性曲線。

2、 彈簧阻尼系統計算

彈簧阻尼系統的流固耦合響應計算，采用了ADINA 提供的參數化動網格技術，隨著活塞運動，彈簧被拉長或壓縮，流體則在空隙出被壓進或壓出。

3、 直筒式阻尼器計算

直筒式阻尼器計算方法與前面模型的方法相同。下圖為計算結果。

4、智能油壓減震器模擬

該型減震器有5 個開關，需要設置5 個gap 條件，剛開始5 個開關均是打開狀態，當液壓達到一定條件時，5 個開關中的一部分開關按照設計要求自動關閉。

5、彈簧閥片阻尼器分析

   此減震器的工作原理是使液體通過由彈簧閥片所控制的孔洞，依賴彈簧閥片的開關和流體的粘滯阻力提供減震效果。

由于彈簧片的彈性，使得流體流通的孔洞大小會隨著連桿拉力的大小而改變。所以要求計算軟件應有一下功能：

? 基本CFD 求解功能；

? 流體與彈簧片互動（流固耦合）；

? 當彈簧片關閉時，結構模型中彈簧片與相應結構產生接觸關系（contact），且保證留有流體網格存在的空間；

? 流體模型中要有控制流通與否的開關（gap）；

? 要有網格重劃分功能。