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1、新疆农业大学 硕士学位论文 液罐车罐体有限元仿真分析及研究 姓名：端木凡峰 申请学位级别：硕士 专业：载运工具运用工程 指导教师：孙颖 2010-06 I 液罐车罐体有限元仿真分析及研究液罐车罐体有限元仿真分析及研究 摘 要 随着数值方法的发展和计算机的广泛应用， 专用车辆设计已从早期的经验设计和试 验结合的传统设计，发展到利用计算机辅助设计（CAD）阶段，并且将计算机辅助工程 （CAE）应用到最初的概念设计和最终测试，贯穿于全部的设计过程。在产品开发的各 个阶段都可以采用 CAD、CAE 等辅助手段，从而可提高设计质量、降低开发费用、缩 短开发流程。 本文针对硫酸液罐车罐体，采用均匀仿真试验
2、和回归分析的方法，利用三维软件 Pro/E 建模，通过有限元软件 ANSYS 对非满罐、紧急制动工况进行了瞬态的流构耦 合仿真及分析。模拟出紧急制动时罐体各部位的应力等值线和最大应力分布情况，并给 出了充液水平和温度对罐体应力影响的回归方程。 最后，针对实车罐体的损坏部位，提出了改进方案，并根据本文给出的回归方程对 改进后的罐体进行仿真验证，结果表明，罐体结构改进后效果明显，从而为液罐车罐体 的结构设计及改进提供理论依据。 关键词：罐体；有限元；流构耦合；回归分析 II FEA Simulation Analysis and Research of the Tank Body of Tank
3、Truck Abstract With the development of numerical method and extensive application of computer, the design of special car has developed from the combine of experiential design and trial early to the computer aided design (CAD) stage. Also using computer aided engineering (CAE) to the initial concept
4、design and the last testing which through the whole design process. In the process of exploiting new product, it can adopt the CAD, CAE to promote the design quality, reduce exploitation expense, and condense exploitation process. This paper mainly study on the tank body of vitriolic tank truck. In
5、this paper, it take the way of the uniform simulation testing and regress analysis, and utilize the 3 D software Pro/E to model the shape of tank , and use the ANSYS to analyze the no-full of the tank body on the condition of the emergent brake. However, it has done the simulation and analysis of th
6、e transient fluid-structure interaction. As a result, it gained the distribution of stress rectangular contour and max stress, and it gave out the regress equation connect with tank bodys stress which relating to liquid level in the tank and temperature. Finally, the paper promotes the improvement p
7、roject for the ruin area which located in tank, and verifies the improvement tank by simulation according to the regress equation which the paper gave out. The result shows the effect is notable after optimization and it can provide the theoretic bases for the structure design and improvement of tan
8、k truck. Key words：Tank；FEA；Fluid-Structure Interaction；Regress Analysis 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得新疆农业大 学或其他教育单位的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解新疆农业大学有关保留、使用学位论文的规
9、定，即：新 疆农业大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论 文被查阅和借阅。本人授权新疆农业大学将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 新疆农业大学硕士学位论文 1 第 1 章 概述 1.1 罐式汽车概述 罐式汽车概述1-3 在我国，罐式专用车辆的制造最早开始于 50 年代，在 60 年代已经具有一定规模。 70 年代以后， 国内的各个专用车辆厂和汽车
10、改装厂的工程技术人员和行业专家根据市场 的需要，不断提升科技含量、加大开发力度，重点着眼于大容量、多功能、设备齐全、 自动化程度高的新型罐式专用车辆。到目前为止，我国已经能够生产满足用户要求的、 拥有自主知识产权的各种规格及型号的罐式车辆。在汽车运输中具有不可替代的作用， 并有良好的社会效益和经济效益，是一种发展迅速的专用车辆。 1.1.1 罐式专用汽车结构及特点 罐式专用汽车结构及特点 罐式专用汽车是指装有罐状容器，带有某种专用设备，用于运输液体、气体、或 颗粒状粉末物质等，完成特定作业任务的专用车辆和专用汽车车列。运输的货物常见 的有原油、汽油、植物油、液氮、液化石油气、饲料、酒精、水、各
11、种酸、碱类液体、 氧化铅粉、水泥、食品等。 与其它车辆相比罐式车辆具有如下优点： 第一， 提高作业环境的舒适性、 减轻工作者的劳动强度。 一般货车在运输颗粒状、 粉状、液体和气体物品时，大多采用袋、箱、盒等进行包装，从产地到使用地，要经 过多次转运，劳动强度大，工作条件差。尤其是装运有毒、有害、粉尘飞扬的物品时， 既损害装卸人员的身体健康又污染周围环境。而罐车可以实现装、运、卸的机械化， 且是在密闭的条件下操作，可极大减轻劳动者的劳动强度和减少从业者人数，也减少 了有害物料对环境的污染。 第二，运输介质在运输过程中不发生性质改变。罐体通常把物料与外界隔离，形 成密闭空间，由于罐体的保护，罐内物
12、料受到外界环境的影响较小，不易泄漏、变质 和污染。特别是对于饮料、食品和有毒的化工物质等，罐式专用车辆是首选的运输工 具。 第三，运输效率高、经济效益好。由于运输介质由罐体装载，所以物料的装卸方 液罐车罐体有限元仿真分析及研究 2 式容易采用机械化、自动化，运输物料的装卸停歇时间大大缩短，使车辆的周转加快， 单位时间的装运质量增加，提高了运输效率。 第四，运输安全性高。由于罐车是密闭转运，在运输有毒、有害、易燃、易爆、 高压易腐的物料时不易泄漏，可以大大减少事故的发生，实现安全、快捷运输。 第五，节约运输介质的包装材料、运输成本下降。使用罐式车辆运输，既可以不 使用包装或减少包装的使用量，又可
13、以增加物料的装载质量，从而使运输成本下降。 尽管罐式汽车优点很多，但它也有一些缺点，具体如下： 第一，由于罐体是为某种特定物质设计的，它只能装载指定的货物。所以，它不 像其它运输车辆，能混装两种以上的货物。在货物送达目的地返程时往往是空载，造 成资源浪费。 第二，由于罐体运送的介质多数为易燃、易爆、高压和化学有毒物质，所以它要 有相应的装料设备和物料接收设备。 第三，由于罐体结构和工艺过程相对复杂，还需要有一些相关的配套装置，所以 其制造成本比其它运输车辆有所增加。 1.1.2 罐式专用汽车的分类 罐式专用汽车的分类 罐式专用汽车的分类方法很多，通常是按罐式容器的用途、结构、安装方法及卸 货方
14、式进行分类。 1.1.2.1 按用途分类 按用途分类 （1）气罐汽车：用来装运氩气、氮气等气态物品的罐式专用车辆； （2）液罐汽车：用来装运燃油、润滑油、重油、酸类、碱类、液体化肥、水、 牛奶、饮料等液体物品的罐式专用车辆； （3）粉罐汽车：用来装运煤灰、水泥、滑石粉、面粉等粉状物品的罐式专用车 辆； （4）颗粒罐汽车：用来装运食盐、砂糖、豆类、谷物、颗粒状化工原料等颗粒 状物品的罐式专用车辆； （5）其它专用罐式汽车：具有其它专用功能的罐式车辆，如消防车、混泥土搅 新疆农业大学硕士学位论文 3 拌车、洒水车、吸污车、沥青洒布汽车等。 1.1.2.2 按罐式容器在车辆上的安装方式分类 按罐式容
15、器在车辆上的安装方式分类 （1）卧式罐车：卧式罐车罐体的纵轴线与汽车底盘纵轴线倾斜较小的角度或平 行，罐体可由多个空间构成，也可由一个单独的空间构成。具有材料利用率高、质量 小、结构简单、质心低等优点。是目前广泛应用的一种罐式专用车辆。卧式罐车如图 1-1 所示。 图 1-1 卧式罐车 （2）立式罐车：立式罐车罐体的纵轴线与汽车底盘水平面成 90夹角，车上可以 装一个单独的立式罐体或多个立式罐体。目前，立式罐车使用相对较少。立式罐车如 图 1-2 所示。 图 1-2 立式罐车 （3）斗式罐车：这种罐车的上半部做成水平的直圆筒，下半部是多个垂直于水 平面的锥筒，圆筒与锥筒相连，构成一个上圆下锥的
16、漏斗型罐体。此种罐车兼有立式 罐车和卧式罐车的优点，是一种发展较快的罐式车辆，适应范围较广。斗式罐车如图 液罐车罐体有限元仿真分析及研究 4 1-3 所示。 图 1-3 斗式半挂罐车 1.1.2.3 按罐体的许用压力分类 按罐体的许用压力分类 （1）高压罐车：罐体承受的压力范围在 1.183.53MPa 之间，此种罐式汽车主要 用来运输液氯、液氮、液化石油气等物品； （2）中压罐车：罐体承受的压力范围在 0.150.29MPa 之间，此种罐式汽车主要 用来装运苛性碱、浓硫酸、沥青等物品； （3）低压罐车：罐体承受压力一般在 0.10MPa 以下，此种罐式汽车主要用来装运 水、饮料、润滑油、动、植物油等物品。 1.1.2.4 其它分类方法 其它分类方法 （1）按罐体的卸货方式分类：可分为动力卸货、真空卸货和重力卸货等罐体； （2）按罐体承载方式分类：可分为承载式罐体和半承载式罐体。 1.2 罐体的结构与设计 罐体的结构与设计 罐式专用车辆一般是在二类底盘上加装罐式容器和专用设备等改装而成的 （参见
