液罐汽車方形罐體罐內(nèi)動力學行為的研究.pdf

1、液罐汽車是運輸車輛的重要組成部分，在液體運輸、消防等領域有著廣泛的應用，隨著消防工業(yè)的發(fā)展，罐類消防車的罐體容量幾乎達到了公路車的最高限度。由于液罐車裝載物為流體，一旦外部運行條件發(fā)生變化就會引起罐內(nèi)介質(zhì)晃動，并引起慣性力和汽車質(zhì)心的變化，造成軸荷分配不均，從而對液罐車的行駛穩(wěn)定性、操作性、制動性及安全性產(chǎn)生重要影響，特別對重型液罐消防車而言，當液罐不滿時，這種影響更為劇烈，并成為引發(fā)罐車安全事故的重要因素。研究表明[5]，當充液半罐時

2、，液罐汽車翻車的概率是普通載貨汽車的10倍之多。因此，對罐體內(nèi)液體晃動及防晃裝置的研究具有重要意義和工程應用價值。
　　 傳統(tǒng)上對車載罐體的分析大多僅僅局限于結(jié)構(gòu)靜力學，隨著液罐容量的增大和行駛速度的提高，罐內(nèi)介質(zhì)晃動產(chǎn)生的動壓力對車輛行駛穩(wěn)定性、操作性、制動性、安全性及罐體結(jié)構(gòu)強度的影響越來越大，并成為中型、重型水罐消防車設計中魚待解決的瓶頸問題之一。現(xiàn)有對液罐汽車罐內(nèi)液體動力學行為的研究集中在臥式圓柱形和橢圓形罐體，對液罐消

3、防車所采用的方形罐體尚沒有相關(guān)研究的報道。受某專用汽車廠委托，本課題以12噸液罐消防車為具體研究對象，首次對車載方形罐體充液系統(tǒng)晃動動力學行為進行了研究和分析，建立了相關(guān)數(shù)值模型，進行了模擬仿真，獲得了行駛過程中介質(zhì)晃動的動力學規(guī)律，為液罐消防車的設計和優(yōu)化提供了參考依據(jù)。本論文主要研究內(nèi)容包括:
　　 (1)以充液系統(tǒng)動力學理論為依據(jù)，建立了以VOF方法定義自由界面、標準к-ε兩方程模型為湍流模型的方形罐體罐內(nèi)充液系統(tǒng)晃動模型

4、，針對消防車特點確定了相關(guān)邊界條件及參數(shù)。
　　 (2)根據(jù)數(shù)值模型，借助AD刀，A軟件計算不同充液量下的直立圓柱形罐體內(nèi)介質(zhì)晃動固有頻率，并將結(jié)果與試驗值、解析解進行比較，驗證了有限元模型的正確性。
　　 (3)對未設置防波板的罐體進行不同制動加速度作用下縱向晃動數(shù)值模擬。以汽車的緊急制動為外部激勵，分析不同制動加速度造成的罐內(nèi)介質(zhì)晃動對罐體前后封板的影響;分析了無防波板的罐體在不同充液系數(shù)下的罐內(nèi)介質(zhì)晃動情況，既充液