液化气体运输车的强度分析及液体晃动的数值模拟

摘要

液化气体运输车应用广泛。然而由于其充装介质的危险性，罐车一旦发生泄漏事故，将会造成巨大的财产损失和环境污染，甚至会威胁到生命安全。因此，保证罐车安全运行受到业界越来越多的关注，本文以罐车为对象，对其进行了强度计算以及液体晃动分析。
　　本研究主要内容包括：⑴通过有限元软件ANSYS建立了某液化气体运输车罐体的有限元模型，考虑罐车行驶过程中常见的四种工况作用，对罐体部分进行了应力分析，并通过应力分类法对其进行了强度校核;考虑到罐车在充装介质的过程中可能会受到负压的情况，故本论文还对罐体部分进行了屈曲分析，得到了罐体失稳的临界压力。⑵根据应力分析的结果，发现罐体后封头处的局部膜应力值较大，对后封头起强度控制作用。为此，本论文讨论了V型支座安装位置和尺寸对后封头应力的影响，并通过ANSYS优化设计模块，研究了后封头应力随V型座的尺寸和位置的变化情况，结果发现当V型座的后端远离封头时，封头上的膜应力会减小。⑶应用FLUENT软件模拟了液化气体运输车内部介质的晃动情况，并考察了冲击力以及静压强随时间的变化。研究发现，晃动所产生的最大压强要远大于初始静压强，并且冲击力要大于介质的惯性力。同时，本论文也考察了加速度、充装率以及介质种类对液体晃动产生的最大冲击力的影响，研究结果表明，加速度和充液率会影响最大冲击力的出现时间和大小，而介质种类只影响最大冲击力的大小，不影响最大冲击力的出现时间。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 液化气体运输车的标准

1．3 前人的研究成果

1．3．1 关于强度及稳定性分析的研究

1．3．2 关于液体晃动的研究

1．4 本论文的研究内容

第二章 液化气体运输车的强度设计及失稳分析

2．1 有限元法及ANSYS软件的介绍

2．1．1 有限元法

2．1．2 ANSYS软件介绍

2．2 有限元模型

2．2．1 罐体的结构

2．2．2 罐体的有限元模型

2．2．3 有限元模型的验证

2．2．4 罐体载荷及边界条件

2．3 有限元分析结果

2．3．1 强度校核的标准

2．3．2 材料的设计应力强度

2．3．3 数值分析结果及强度校核

2．3．4 应力分布云图

2．4 失稳分析

2．4．1 常规稳定性校核

2．4．2 失稳分析的理论基础

2．4．3 弧长法

2．4．4 液化气体运输车罐体的屈曲分析

2．5 本章小结

第三章 液化气体运输车V型支座的合理设计

3．1 概述

3．2 优化设计的原理

3．2．1 结构优化技术

3．2．2 优化设计的方法

3．3 优化分析

3．3．1 优化分析的模型

3．3．2 优化变量

3．3．3 优化分析的结果

3．4 本章小结

第四章 液体晃动的数值模拟

4．1 流体力学的基本理论

4．1．1 概述

4．1．2 流体力学的基本方程

4．1．3 初始条件与边界条件

4．2 液体晃动常用的数值模拟方法

4．3 罐体中液体晃动的数值模拟

4．3．1 流体模型

4．3．2 求解设置

4．4 液体晃动计算结果

4．4．1 介质晃动过程

4．4．2 罐体内压强分布变化

4．4．3 液体晃动过程中冲击力的变化

4．4．4 液体晃动过程中静压强的变化

4．5 不同参数对冲击力的影响

4．5．1 充液率对冲击力的影响

4．5．2 加速度对冲击力的影响

4．5．3 介质对冲击力的影响

4．6 液体晃动的特征频率

4．7 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 对后续研究的建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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