液罐汽车方形罐体罐内动力学行为的研究

摘要

液罐汽车是运输车辆的重要组成部分，在液体运输、消防等领域有着广泛的应用，随着消防工业的发展，罐类消防车的罐体容量几乎达到了公路车的最高限度。由于液罐车装载物为流体，一旦外部运行条件发生变化就会引起罐内介质晃动，并引起惯性力和汽车质心的变化，造成轴荷分配不均，从而对液罐车的行驶稳定性、操作性、制动性及安全性产生重要影响，特别对重型液罐消防车而言，当液罐不满时，这种影响更为剧烈，并成为引发罐车安全事故的重要因素。研究表明[5]，当充液半罐时，液罐汽车翻车的概率是普通载货汽车的10倍之多。因此，对罐体内液体晃动及防晃装置的研究具有重要意义和工程应用价值。
　　 传统上对车载罐体的分析大多仅仅局限于结构静力学，随着液罐容量的增大和行驶速度的提高，罐内介质晃动产生的动压力对车辆行驶稳定性、操作性、制动性、安全性及罐体结构强度的影响越来越大，并成为中型、重型水罐消防车设计中鱼待解决的瓶颈问题之一。现有对液罐汽车罐内液体动力学行为的研究集中在卧式圆柱形和椭圆形罐体，对液罐消防车所采用的方形罐体尚没有相关研究的报道。受某专用汽车厂委托，本课题以12吨液罐消防车为具体研究对象，首次对车载方形罐体充液系统晃动动力学行为进行了研究和分析，建立了相关数值模型，进行了模拟仿真，获得了行驶过程中介质晃动的动力学规律，为液罐消防车的设计和优化提供了参考依据。本论文主要研究内容包括:
　　 (1)以充液系统动力学理论为依据，建立了以VOF方法定义自由界面、标准к-ε两方程模型为湍流模型的方形罐体罐内充液系统晃动模型，针对消防车特点确定了相关边界条件及参数。
　　 (2)根据数值模型，借助AD刀，A软件计算不同充液量下的直立圆柱形罐体内介质晃动固有频率，并将结果与试验值、解析解进行比较，验证了有限元模型的正确性。
　　 (3)对未设置防波板的罐体进行不同制动加速度作用下纵向晃动数值模拟。以汽车的紧急制动为外部激励，分析不同制动加速度造成的罐内介质晃动对罐体前后封板的影响;分析了无防波板的罐体在不同充液系数下的罐内介质晃动情况，既充液系数与介质晃动的关系。
　　 (4)比较分析了在无防波板、安装单个及多个防波板和防波板的不同有效面积时，罐内液体晃动动力学行为的差异，总结了防波板的抑制晃动效果，给出了优化设计的思路和建议。

目录

第一章概述

第二章液体晃动模型的建立与分析

第三章水罐消防车罐体设计

第四章类方形罐体内介质晃动模拟

第五章总结与展望

参考文献

致谢

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