基于流固耦合的罐式集装箱铁路冲击试验仿真研究

发布时间：2017-12-28 11:11

本文关键词：基于流固耦合的罐式集装箱铁路冲击试验仿真研究　出处：《浙江大学》2011年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：罐式集装箱(罐箱)在铁路运输过程中,由于受外部冲击和内部流体的交互作用,会造成结构应力状态的瞬态及振荡变化,严重时会发生局部结构的大变形,甚至是容器的泄漏。这是罐箱实际使用中的一大安全隐患,必须予以关注和掌控。承受铁路冲击的能力现已成为罐箱校核设计和质量控制的重要指标之一。依托国内最大的罐箱制造企业—南通中集罐式储运设备制造有限公司的“奥氏体不锈钢应变强化低温罐箱”开发项目,依据ISO铁路纵向冲击试验技术规定的要求,基于流固耦合的非线性有限元求解方法,针对试验过程中复杂的流固耦合作用、结构动力学及应力应变特点,本文主要进行了罐箱的铁路冲击试验仿真研究。首先,基于ISO纵向冲击试验标准,查找并深入分析了数据积累的原型试验,确定了研究方案及其指导准则,以此作为仿真模型构建的具体理论和试验依据。其次,提出了适合于罐箱铁路冲击试验仿真的数值模拟算法组合。通过重力及简单容器冲击过程的模拟,将其仿真计算结果与已有的解析解、试验数据及数值计算结果进行了对比论证。然后,建立了一套较为完整的罐箱铁路冲击试验仿真流程。以40英尺标准低温罐箱为实例,给出了整个流程实现中的具体细节,包括针对实际产品的分析简化、材料力学性能及本构关系、计算载荷和边界条件的确定等。最后,按照ISO标准,完成了动力学分析和SRS曲线验证。根据仿真结果,分析了冲击过程中流固耦合作用对罐箱整体结构的具体影响,给出了相互作用的规律。并对罐箱各个构件应力的时域变化进行了对比研究。仿真分析结果表明,在满足ISO1946-3规定的纵向冲击试验要求的条件下,该产品不会发生塑性大变形而影响产品的正常使用。但是,防波板结构局部会产生严重的应力集中现象。因此,进一步探索了防波板在罐箱冲击试验中的影响与改进设计方向。本文研究提出的仿真方法和计算结果,可以用于指导罐箱产品的改进设计与性能提高,具有一定的实际应用价值。
[Abstract]:In the process of railway transportation, tank container can cause transient and oscillatory changes of structural stress state due to external shocks and internal fluid interaction. Serious deformation of local structure and even leakage of containers will occur. This is a major safety hazard in the actual use of the tank, which must be paid attention and control. The ability to withstand the impact of the railway has now become one of the most important indicators for the design and quality control of the tank box. Based on the largest tank manufacturer - Nantong CIMC tank equipment Co. Ltd. "strengthening austenitic stainless steel cryogenic tank strain test technology development projects, according to the provisions of the longitudinal impact of ISO railway requirements, liquid-solid coupled nonlinear finite element solution method based on the test process of complex fluid structure interaction the structure, dynamics and stress-strain characteristics, this paper mainly studies the impact test simulation of railway tank.
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH247

【引证文献】