液体防晃运输车罐体结构的优化设计

发布时间：2020-08-12 12:26

【摘要】：随着我国经济的快速发展,人们对各种液态物质的需求量不断增加,液体运输车在运输行业中的地位变的更为重要。但液体运输车在运输液体过程中,由于行驶道路凹凸不平、车辆制动和转弯等工况下会引起罐体内部液体晃动,恶劣工况下会造成液体运输车罐体结构的损坏和车辆行驶稳定性的降低,所以应对液罐车结构进行必要的有限元分析,从而验证和优化罐车结构,确保罐体结构强度和行驶中的液罐车安全可靠。本文基于气液两相流固耦合原理,对选取的液罐车在紧急制动工况下进行结构强度分析。液罐车在正常行驶过程中,罐内液体晃动属于典型的流固耦合问题,晃动液体产生的载荷冲击不仅会对罐车结构造成破坏,而且会影响液罐车的行驶稳定性。本文所做的主要工作如下:(1)液罐车三维模型的构建:根据液罐车二维CAD图纸并且参照实车结构,利用UG三维制图软件完成液罐车罐体和车架三维模型的构建。(2)液罐车四种典型工况静力结构分析及优化:根据GB-18564.1-2006道路运输液体危险货物罐式车辆相关要求,确定液罐车静力结构分析的四种典型工况,对液罐车进行静力结构分析,得出罐体和车架位移变形云图和应力云图,并对其进行第四强度校核。根据液罐车四种典型工况静力结构分析结果,提出了车架的优化改进方案并且验证了优化改进方案。(3)流固耦合分析模型的建立及相关分析:基于气液两相流固耦合的原理,选取液罐车实车模型的罐体进行流固耦合分析,得出三种不同充液比下的罐体位移云图和应力云图。根据分析结果提出一种带有双面防波板的液罐车罐体,该罐体结构不仅提高了防波板自身的结构强度,而且起到减缓罐内液体晃动的作用,是对液罐车罐体结构的优化改进。
【学位授予单位】：山东交通学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.61
【图文】：

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⑼蔡濉⒎啦ò濉⑶Ｒ銨爸煤妥笥伊讲喾阑ぷ爸玫取Ｍ?2.1 半挂液罐车罐体结构图2.1.2 筒体筒体部分是罐体的重要组成部件，筒体是罐体单个舱室拼装焊接而成，当前液罐车罐体单个舱室的罐体容积不断变大，筒体内液体货物的充装量也随之变大，从而导致罐体在满载时重心升高，液罐车的行驶稳定性降低。因此，为了保证正常行驶中液罐车的安全稳定性，需要控制液罐车满载时的车辆重心高度。液罐车罐体设计，首先需要确定筒体的横截面形状，需要考虑的是筒体空间利用率和满载时车辆的重心高度等问题[28]。筒体横截面常见的形状主要包括圆形、椭圆形和腰鼓形等[29]。（a）圆形（b）椭圆形（c）腰鼓形（d）倒凹形（e）方形（f）菱形图 2.2 筒体横截面的常见形状液罐车的筒体横截面形状大都做成圆形或者椭圆形，这主要是考虑到圆形或者椭圆形的筒体能够较好的承受液体载荷冲击。液罐车在正常行驶过程中，考虑到液体受热膨胀的现象，罐体内部装载液体货物时必须留有一定的空间余量。罐内液体在受到外界激励的作用下，筒体部分将会受到液体的运动载荷冲击的作用，如果

防波板,横向

图 2.3 横向防波板固耦合分析基础计算机科学和数值分析方法的不断发展，流固耦合问题的的研以来，受到了世界学术界和工业界的广泛关注[30]。流固耦合问体力学交叉而生成的一门力学分支，也是多学科或多物理场研。流固耦合遵循的方程包括固体控制方程、流体控制方程和流固体控制方程域的守恒方程由牛顿第二定律得出： d = 示固体密度，表示柯西应力张量，d 表示固体域当地加速度

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12图2.4 两种数据传递过程的示意图2.2.5 数据交换类型和网格映射对于非相似网格的数据传递，每个网格上的节点必须映射到对应网格的单元上。流固耦合的分析过程中，固体耦合面上的节点必须映射到流场耦合面上，这是为了传递位移变量的需要；流场耦合面上的节点必须映射到固体耦合面的单元上，这是为了传递应力的需要，所以一次完整的数据交换传递过程必须进行两次映射[33]。具体的网格映射示意图如图 2.5 所示。图2.5 流固耦合的网格映射2.2.6 ANSYS 流固耦合分析ANSYS 软件很早便开始进行流固耦合的研究和应用，目前 ANSYS 软件中的流固耦合分析算法已经相当成熟。当前 ANSYS 软件对流体域进行求解计算主要包括两大流体仿真分析软件即 CFX 软件和 FLUENT 软件，两大流体仿真分析软件在流体分析中应用十分广泛[34]。

【参考文献】