某20英尺特种集装箱的轻量化设计研究

发布时间：2020-09-09 17:26

　　 近年来,集装箱作为一种标准化的运输工具,在物流行业中起着越来越重要的作用,应用范围越来越广泛。减轻集装箱结构的自重,不仅可以节省材料,而且能够提高集装的载重量,尤其在当前物流运输费用较高的环境下,减轻集装箱自重可以降低集装箱货物的物流运输成本,减少汽车尾气排放,更有助于集装箱化物流运输的推广。就当前的集装箱研究资料和文献来看,集装箱结构在国内经过30多年的发展,虽然有逐步优化,但是,集装箱结构总体变化不大,且物流运输的集装箱化水平还非常低。本文针对某20英尺特种集装箱进行轻量化设计研究,提出一种以轻量化理论设计为依托、建立轻量化设计后的产品方案模型、以有限元分析及实际产品试验来验证的思路,最终形成适合特种集装箱产品的轻量化设计方案。在轻量化设计的过程中,主要运用了产品优化理论,并建立相应的数学模型等,充分利用了三维建模软件SolidWorks,有限元分析软件ANSYS Workbench,数学软件MATLAB,正交试验助手等工具软件来进行研究工作。本文以某一种20英尺特种集装箱产品为具体研究对象,结合轻量化设计的基础理论,利用正交试验方法设计出试验方案,重点针对箱体的多个主要零件,进行零件尺寸的设计优化;再利用三维软件分别针对各项试验方案建立新的集装箱结构模型,分别对各个模型进行有限元分析来获取相应的最大变形位移、最大应力以及箱体自重的各项数据;根据有限元分析数据建立相应的数学模型,进行优化计算得出了优化后的箱体结构方案,更新该箱体结构的三维模型,再进行有限元分析验证;然后,根据工厂的生产安排来实际制作轻量化设计后的特种集装箱,并依据试验要求完成相应的试验项目;试验结束后,根据试验结果进行比较验证,得出轻量化设计后的特种集装箱产品完全符合使用要求,而且该产品还在陆续进行批量生产。最终,根据该特种集装箱产品的轻量化设计流程总结得出轻量化设计方案。通过对本文的研究和试验验证得出轻量化设计后的特种集装箱箱体重量减少了83.13kg,降幅达3.69%;而底横梁的最大变形位移和最大应力均在允许范围内;轻量化效果明显且轻量化后的特种集装箱完全满足该特种集装箱的使用性能要求。同时,也总结得出一套针对特种集装箱的从原始结构设计到依次进行有限元分析、轻量化设计、结构优化、试验验证、批量推广的完整轻量化设计流程。该研究成果为特种集装箱产品轻量化设计提供了切实可行的方案。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH247
【部分图文】：

技术路线图

SolidWorks2014软件的常用工作界面示意图

图 2-1 SolidWorks2014 软件的常用工作界面示意图结构及三维模型建立结构研究的 20 英尺特种集装箱结构形式与标准集装箱大体类似，、箱顶、右侧、前端、左侧等这 6 大部件组成[28]，该箱型的原示。

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本文编号：2815256