车载储液容器的轻量化设计及力学分析(2)
2.5 工况10
2.6 本章小结„10
3 罐体静力强度分析与结构改进„ 11
3.1 力学模型的建立„ 11
3.2 计算结果分析„„14
3.3 本章小结„19
4 储液罐车的流固耦合动力学分析„20
4.1 计算模型及计算方法„„20
4.2 计算结果及分析„21
4.3 本章小结„33
结论 „„35
致谢 „„36
参考文献37
本科期间发表论文„„401 绪论
1．1 研究意义
随着我国现代化的程度越来越高，石油资源的稀缺及环境问题也越来越制约我国
经济发展。着眼于环保、节能及低碳的经济方式，我国制定了越来越严格的汽车法规，
控制汽车的排放，因而也需要尽可能地降低汽车产品的自重。另外随着汽车超限问题
处罚的越来越重、运输成本的越来越高，我国专用车用户迫切地希望专用汽车在减轻
自重方面做出积极的努力。
在我国，成品油料的运输目前仍以车载油罐运输为主。以往对车载容器的计算仅
仅局限于结构静力学的研究和分析，已经不适应车辆运行安全性的要求。特别是近几
年来公路运输的发展，车载容器将会受到更强烈的动载荷作用，所引发的液体晃动问
题将会变得十分突出，首先液体晃动所产生的低频横振将会对车辆运行的稳定性产生
很大的影响，同时在工程实际中，油罐越来越倾向于采用薄壁、轻质和高强等特点的
结构，所以流固耦合系统振动一方面可能会导致系统的动力不稳定，另一方面容器中
液体的大幅度晃动会对容器产生显著的附加动压力，以至于造成结构破坏，因此有必
要对这一类问题进行详细分析。
在工程实际中，贮箱中液体晃动及结构的耦合振动是一个非常常见而且重要的问
题。这类耦合问题由于涉及流体力学、固体力学、动力学、计算力学以及数学等学科，
其机理和本质的探讨非常复杂和困难，对我们航空航天、船舶化工、铁路运输等领域
有着非常重要的意义。
本文以某种型号的油罐车为背景，对罐体进行轻量化结构设计，运用 ANSYS 对罐
体进行强度分析，采用VOF 模型研究罐体内部液体晃动情况，对单向流固耦合进行仿
真，为进一步完善设计及双向流固耦合提供有价值的理论参考。
1．2 国内外研究现状概述
1.2.1 储液容器力学性能研究
储液容器的振荡问题是其力学性能主要研究其开创性工作是由俄罗斯的许多学
者完成的，在 Moiseev 的两篇著名综述报告[1-2]
中，详述了有关基本理论和文献。在此
之后，出现了一大批针对常/超重力或微/零重力、不同的贮箱形式、不同激励方式等多种情形的研究成果。Abramsno[3]
等对液体燃料晃动的早期研究进行了全面、系统的
综述。其中，晃动分析多在线性范围内进行，一般采用变量分离法、基于变分原理的
Ritz 法和Galerkin法等。基于小幅晃动的线性理论已相当完善，并成功的应用于工程
实际问题，而对于液体大幅非线性晃动问题，由于其自由边界的非线性，研究结果还
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