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摘 要：油针作为油液减震器的元件之一，对调节油液减震器的阻尼力起到比较重要的作用，近年来这一结构被引入磁流变减震器，本文针对对国内某新型磁流变减震器的油针设计及实验情况提出了一种改进方案，并使用FLUENT软件进行了仿真，得到结果证明新方案在阻尼力性能上具有优越性。
关键词：磁流变减震器；油针；优化设计
1.引言
磁流变液作为一种新型智能材料，目前在汽车、建筑、航空、机械、医疗等领域已经进行了卓有成效的工程实践应用[1]，相比于普通油液减震器具有明显的优点，如结构简单，响应速度快，阻尼力较大并能够连续可调是一种典型的可控流体减震器[2]。由于磁流变减震器的优良特性的前景，对其阻尼力影响因素方面的研究也越来越受到重视[3]。
在油液减震器的设计中，经常需要使用油孔来产生及调节阻尼力，而油针在行程中可以自行调节油孔大小，是应用较为广泛和成熟的结构，具有简单可靠且不需要维护的优点，而这一结构在磁流变减震器上却较为少见。中国民航大学的卢铭涛将油针结构引入磁流变减震器设计中，取得了一定的成果[4]。本文提出了一种新型油针，并使用FLUENT软件对原设计和本方案进行了仿真分析，提出了一种可行的改进方案。
2.油针的设计
本文的研究对象为卢铭涛的磁流变减震器设计，其结构如图2-1所示。如图，该结构引入了油针结构，其作用是：在活塞运动时，油针可以在运动过程中改变油孔的面积，从而达到根据行程调节阻尼力的目的，为了避免最大载荷出现在行程前段，该设计的行程初始阶段采用了较大的油孔[4]。这一结构的增加还可以使得减震器在半主动控制失效的情况下可以继续产生阻尼力来实现能量的吸收和消散，从而提高减震器的可靠性。但是在实验过程中，该结构的初始阻尼力却比较小，从而使得该设计在整个行程中实际起到的作用较为有限。
为论证该形状的合理性，本文将使用四种不同形状的油针，研究沟槽和形状对油针阻尼力性能的影响，分别进行仿真并进行分组对比。
3.建模及分组对比
3.1.原始设计建模
使用FLUENT软件进行流体仿真首先需要确定模型的运动情况。由参考文献[4]，可知起落架磁流变减震器的力学模型如图2-2-1所示：
由该模型得出的起落架磁流变减震器的运动微分方程式为：
由于 ，忽略减震器活塞杆相关部件和连接的影响后该模型可简化为：
其中， 为总阻尼力，M1为总体结构加载在起落架上的重量。在本文中，为研究方便，将 简化为油针处所受的粘性力加以研究。
根据该减震器的结构图，建模如图3-1和图3-2所示
将模型的流体区域作为求解区域，划分网格，本模型的网格数为5700，如图3-3所示
本文设置的条件为活塞起始速度10mm/s，液体的密度为2650kg/m3，，磁流变液的粘度会随着磁场变化而变化，本文研究方便，只讨论一种粘度下的油针阻尼力性能，粘度设为0.58。经过运行，得到该设计的阻尼力时间曲线如图3-5所示。
3.2.仿真与对比
下面修改原始模型，将原油针上开设若干沟槽如图3-6所示。
重新建模后对新结构的油针进行仿真，得到和原始设计的对比曲线如图3-7所示。
由此可知，在原始设计上增加环槽后，阻尼力的性能得到了比较明显的提高，经过该对比我们可以认为，增添环槽可以有效提高减震器油针的阻尼力性能。
下面重新建模，将本文提出的新型油针设计方案与原始设计进行对比，其阻尼力时间曲线如图3-10所示。
由此可知新型多环槽式油针具有三种油针中最佳的阻尼力效果
4.结果分析
原始设计中，锥形油针的形状设计是为了在行程的不同阶段对油孔大小进行调节，来产生不同的阻尼力，图3-7的结果显示，在原始设计上开设环槽可以有效地提高油针的阻尼力性能，而图3-8的结果则显示，虽然原始设计具有可根据行程调节阻尼力的优点，但是由于行程前段油孔面积较大，阻尼间隙较大，行程前段的阻尼力较小，而新型多环槽式油针保证了行程前段具有较小的阻尼间隙，从而使得整个行程中的阻尼力都要大于两种锥形油针。
5.结论与展望
本文对几种油针设计方案进行了建模及仿真分析，结果表明，本文提出的油针设计方案由于保证了油孔的阻尼间隙，使得油针的阻尼力性能得到提高。在将来通过在振动试验台上的进一步试验，可以更加准确地确定相关具体尺寸参数如槽个数，槽宽和槽深及阻尼间隙等的最佳取值，将该方案进一步完善。
参考文献：
[1] Margida A J，Weiss K D，Carlson J D.Bullogh WAed Proc of the 5th Int Confon ER Fluids，MR Suspensions and Associated Technology[C].Singapore：World Scientific，1996：544-550
[2]余心宏，马伟增.磁流变减振系统参数辨识[J].化学物理学报，2001，14（5）：65—88.
[3]李金海，关新春，欧进萍. 磁流变液的配制及其流变模型的研究[J].功能材料，2004（35），577-581
[4]卢铭涛，飞机起落架磁流变减震器的设计及实验研究。硕士学位论文，2013.3
关键词：磁流变减震器；油针；优化设计
1.引言
磁流变液作为一种新型智能材料，目前在汽车、建筑、航空、机械、医疗等领域已经进行了卓有成效的工程实践应用[1]，相比于普通油液减震器具有明显的优点，如结构简单，响应速度快，阻尼力较大并能够连续可调是一种典型的可控流体减震器[2]。由于磁流变减震器的优良特性的前景，对其阻尼力影响因素方面的研究也越来越受到重视[3]。
在油液减震器的设计中，经常需要使用油孔来产生及调节阻尼力，而油针在行程中可以自行调节油孔大小，是应用较为广泛和成熟的结构，具有简单可靠且不需要维护的优点，而这一结构在磁流变减震器上却较为少见。中国民航大学的卢铭涛将油针结构引入磁流变减震器设计中，取得了一定的成果[4]。本文提出了一种新型油针，并使用FLUENT软件对原设计和本方案进行了仿真分析，提出了一种可行的改进方案。
2.油针的设计
本文的研究对象为卢铭涛的磁流变减震器设计，其结构如图2-1所示。如图，该结构引入了油针结构，其作用是：在活塞运动时，油针可以在运动过程中改变油孔的面积，从而达到根据行程调节阻尼力的目的，为了避免最大载荷出现在行程前段，该设计的行程初始阶段采用了较大的油孔[4]。这一结构的增加还可以使得减震器在半主动控制失效的情况下可以继续产生阻尼力来实现能量的吸收和消散，从而提高减震器的可靠性。但是在实验过程中，该结构的初始阻尼力却比较小，从而使得该设计在整个行程中实际起到的作用较为有限。
为论证该形状的合理性，本文将使用四种不同形状的油针，研究沟槽和形状对油针阻尼力性能的影响，分别进行仿真并进行分组对比。
3.建模及分组对比
3.1.原始设计建模
使用FLUENT软件进行流体仿真首先需要确定模型的运动情况。由参考文献[4]，可知起落架磁流变减震器的力学模型如图2-2-1所示：
由该模型得出的起落架磁流变减震器的运动微分方程式为：
由于 ，忽略减震器活塞杆相关部件和连接的影响后该模型可简化为：
其中， 为总阻尼力，M1为总体结构加载在起落架上的重量。在本文中，为研究方便，将 简化为油针处所受的粘性力加以研究。
根据该减震器的结构图，建模如图3-1和图3-2所示
将模型的流体区域作为求解区域，划分网格，本模型的网格数为5700，如图3-3所示
本文设置的条件为活塞起始速度10mm/s，液体的密度为2650kg/m3，，磁流变液的粘度会随着磁场变化而变化，本文研究方便，只讨论一种粘度下的油针阻尼力性能，粘度设为0.58。经过运行，得到该设计的阻尼力时间曲线如图3-5所示。
3.2.仿真与对比
下面修改原始模型，将原油针上开设若干沟槽如图3-6所示。
重新建模后对新结构的油针进行仿真，得到和原始设计的对比曲线如图3-7所示。
由此可知，在原始设计上增加环槽后，阻尼力的性能得到了比较明显的提高，经过该对比我们可以认为，增添环槽可以有效提高减震器油针的阻尼力性能。
下面重新建模，将本文提出的新型油针设计方案与原始设计进行对比，其阻尼力时间曲线如图3-10所示。
由此可知新型多环槽式油针具有三种油针中最佳的阻尼力效果
4.结果分析
原始设计中，锥形油针的形状设计是为了在行程的不同阶段对油孔大小进行调节，来产生不同的阻尼力，图3-7的结果显示，在原始设计上开设环槽可以有效地提高油针的阻尼力性能，而图3-8的结果则显示，虽然原始设计具有可根据行程调节阻尼力的优点，但是由于行程前段油孔面积较大，阻尼间隙较大，行程前段的阻尼力较小，而新型多环槽式油针保证了行程前段具有较小的阻尼间隙，从而使得整个行程中的阻尼力都要大于两种锥形油针。
5.结论与展望
本文对几种油针设计方案进行了建模及仿真分析，结果表明，本文提出的油针设计方案由于保证了油孔的阻尼间隙，使得油针的阻尼力性能得到提高。在将来通过在振动试验台上的进一步试验，可以更加准确地确定相关具体尺寸参数如槽个数，槽宽和槽深及阻尼间隙等的最佳取值，将该方案进一步完善。
参考文献：
[1] Margida A J，Weiss K D，Carlson J D.Bullogh WAed Proc of the 5th Int Confon ER Fluids，MR Suspensions and Associated Technology[C].Singapore：World Scientific，1996：544-550
[2]余心宏，马伟增.磁流变减振系统参数辨识[J].化学物理学报，2001，14（5）：65—88.
[3]李金海，关新春，欧进萍. 磁流变液的配制及其流变模型的研究[J].功能材料，2004（35），577-581
[4]卢铭涛，飞机起落架磁流变减震器的设计及实验研究。硕士学位论文，2013.3