基于流固耦合的液体罐装车瞬态应力分析及优化设计

摘要

液体罐式运输车在运输行业中应用非常广泛，为社会经济发展贡献着重要的力量，但液体罐装车在使用过程中工况较为复杂多变，恶劣工况会造成液罐车行驶稳定性较差及罐体结构出现损坏等情况，所以应对罐车进行必要的分析，验证罐车是否满足使用要求。
　　 本文是基于气液两相流固耦合原理对某型半挂式液体罐车进行紧急制动工况下的瞬态应力分析。流固耦合现象在自然界中非常普遍，而液罐车在工作过程中罐内液体的晃动是一个非常典型的气液两相流固耦合现象，液体晃动不仅造成罐车重心位置的改变，同时晃动产生的冲击载荷也会造成罐车结构破坏。
　　 本文首先利用三维建模软件UG软件完成半挂式液体罐装车整车结构模型，然后基于各个典型工况在有限元分析软件Hyperworks中完成液体罐装车静态结构分析，并依据静力分析结果及自由模态分析结果确定液罐车流固耦合分析工况，最后在ANSYS软件下的CFX模块进行液罐车的流固耦合，并根据分析结果提出结构优化方案，最后对优化结构进行分析以验证优化效果。

目录

声明

摘要

致谢

第1章 概述

1．1 罐式汽车概述

1．2 背景及意义

1．3 研究概述

1．3．1 流固耦合的原理

1．3．2 流固耦合的分类

1．3．3 流固耦合的研究进展

1．4 本文研究意义和主要研究工作

1．4．1 研究的意义

1．4．2 主要研究工作

第2章 理论基础

2．1 前言

2．2 欧拉多相流模型

2．3 流固耦合理论基础

2．3．1 流固耦合分析的重要性

2．3．2 流体控制方程

2．3．3 固体控制方程

2．3．4 流固耦合方程

2．3．5 耦合面的数据传递

2．3．6 网格映射和数据交换类型

2．3．7 ANSYS流固耦合分析介绍

2．4 本章小结

第3章 半挂液罐车各工况下结构强度分析

3．1 前言

3．2 罐体模型的建立

3．2．1 XYZ9404易燃液体罐式运输车UG模型的建立

3．2．2 XYZ9404易燃液体罐式运输车有限元模型的建立

3．2．3 载荷及约束类型的确定

3．3 各工况下的结构的计算仿真结果

3．3．1 液罐车满载匀速工况静力分析

3．3．2 液罐车满载颠簸路面工况静力分析

3．3．3 液罐车满载转弯工况静力分析

3．3．4 液罐车支腿支撑工况静力分析

3．3．5 液罐车满载制动工况静力分析

3．3．6 液罐车各工况静力分析对比

3．4 本章小结

第4章 半挂液罐车有限元模态分析

4．1 前言

4．2 半挂液罐车结构振动的基本方程

4．3 模态分析结果

4．4 本章小结

第5章 半挂液罐车瞬态响应分析

5．1 前言

5．2 ANSYS Workbench软件简介

5．3 CFX软件简介

5．4 流固耦合求解流程

5．4．1 流固耦合分析流程

5．4．2 ANSYS Workbench计算分析流程

5．5 半挂液罐车分析模型的建立

5．5．1 液罐实体模型的建立

5．5．2 流固耦合模型的材料参数

5．5．3 液罐车工况的确定

5．5．4 制动工况加速度及时间

5．5．5 制动工况的边界条件的定义

5．5．6 半挂液罐车流固耦合模型

5．6 模型的流固耦合计算

5．6．1 30％充装率下流固耦合分析

5．6．2 50％充装率下流固耦合分析

5．6．3 70％充装率下流固耦合分析

5．6．4 90％充装率下流固耦合分析

5．7 瞬态仿真计算结果分析

5．8 本章小结

第6章 半挂液罐车结构改进

6．1 前言

6．2 罐车结构破坏原因分析

6．3 结构改进措旌

6．4 改进罐体结构瞬态响应分析

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读研究生硕士期间发表的论文