汽车减振器节流阀片为圆环形弹性阀片,内半径ra是固定约束,外半径rb是自由约束,节流阀片在载荷p作用下将产生变形。根据阀片的结构和受力特点,所建立的阀片力学模型如图4-1所示。
为了讨论方便,在以下的讨论中用r及θ分别替代第2章中的ρ及φ,用f代替w。
节流阀片的结构和受力均是对称的,因此,可以节流阀片圆心为极点建立极坐标系。边界是绕z轴对称的,这样载荷和变形量只是半径r的函数。由于减振器开阀压力比较小,节流阀片大多时间处于小挠度变形状态,根据第3章中式(3-26),可建立节流阀片变形曲面微分方程为
图4-1 节流阀片力学模型
式中,常数;r为极半径,r∈[ra,rb];f为阀片在半径r处的变形量,它是位置半径r的函数;h为阀片厚度;E为阀片弹性模量;μ为阀片材料泊松比。
对于厚度为h、弹性模量为E、泊松比为μ的给定阀片,D为常数。根据式(3-28),微分方程[式(4-1)]的通解可表示为
fr=C1lnr+C2r2lnr+C3r2+C4+f* (4-2)
式中,f*为方程特解,C1、C2、C3和C4为方程解的常数,由阀片边界条件决定。(www.daowen.com)
由于微分方程中的D和p均与半径r无关,因此设微分方程的特解为f*=Br4,并将其代入常微分方程,得,因此,。当然,f*也可以根据第3章中式(3-29)求得。
阀片内圆是固定约束,外圆是自由约束,环形阀片边界条件可表示为
内圆:
外圆:
利用上述阀片4个边界条件,可确定方程解中4个待定常数C1、C2、C3和C4。将所求微分方程解的常数C1、C2、C3和C4代入阀片变形微分方程的通解,便可以得到节流阀片在半径r处的变形量解析表达式,即
式(4-3)即节流阀片的变形曲面方程。利用此方程可以求得在给定压力下,阀片在任意位置半径r∈[ra,rb]处的变形量。
需要说明的是,在轴对称弯曲情况下,根据第3章中式(3-25)可知,横向剪力FSθ=0,且Mrθ=Mθr=0,因此,在建立边界条件及连续性条件时不再利用它们建立方程。
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