液罐车罐内防波板设计与优化研究开题报告

1. 研究目的与意义

罐式汽车是我国运载危化品的重要交通工具，主要承载液化气体、压缩气体和液体类危险货物的运输。由于挂式罐车具有载重大、运输效率高、经济成本低的优点，其年产量占罐车总产量的比例不断增加。半挂式液罐车因其运输效率较高，所以在目前的公路危化品运输车辆中占比较高。但半挂式液罐车在带来巨大经济效益的同时，也带来了极大的运输安全风险。半挂式液罐车的质量和体积都比较大，且牵引车和挂车间存在运动和力的耦合作用，再加上罐内液体晃动的影响，使得半挂式液罐车比运输固体货物的半挂车辆更易发生折叠、甩尾和侧翻等行驶不稳定现象。为了减轻液体晃动对液罐车稳定性的影响，往往在罐体内部设置防波板，以减少罐体内部液体的波动和冲击，提高液罐车行驶的稳定性。

液罐车的罐体设计对其运行状态的稳定程度具有重要的影响，因而在液罐车投入运行之前，对于其结构以及内部防波板的设计尤为关键。本课题拟基于Fluent流体力学计算软件对防波板的结构和设置数量等进行设计与优化研究。

2. 课题关键问题和重难点

由于在本科阶段没有学习关于液罐车防波板的内容，对于知识还有欠缺，需要自己查阅资料，了解液罐车罐体基本结构及防波板设计相关标准，液罐车罐内液体晃动以及液罐车防波板的研究现状。还需要自主复习《流体力学》有关流体力学基本方程的相关知识，掌握有限元分析基本步骤，构建液罐车罐体有限元模型。课题难点主要在于此次环节用到了新的软件Fluent，对于Fluent的学习与掌握需要多下功夫认真学习，学会如何通过Fluent建出液罐车的基本模型然后将防波板放入液罐车通过一系列调整防波板的参数来得到本次课题需要的数据。此外还需要基于计算流体力学理论和Fluent软件中的模型参数，开展液罐车防波板的设计与优化研究。对液罐车罐体模型进行前处理，划分网格并定义求解器；调节控制参数，求解相关方程；对计算结果进行后处理。对常规罐体结构进行分析，在不同充液比、不同激励情况下，对比有/无防波板、安装不同数量防波板时的罐体流体计算结果。基于Fluent软件，以最大限度抑制罐体内液体动荡为目标，开展液罐车防波板的优化研究。

3. 国内外研究现状（文献综述）

文献[1]阐述了vof的基本概念，并建立了液罐车在减速过程中充液系统的动力学方程和静平衡方程，说明了液罐车在减速时内部液体的具体平衡方程以及计算方法，分析了液罐车在减速过程中罐体内部液体的力学模型以及能量守恒、动量守恒方程，对液罐车在流体计算时所要应用的计算模型及算法进行了选择。结合实际工况，对液罐车进行整体结构分析，对液罐车的车底架、转向架以及罐体结构进行了选择，设计了Ⅰ型防波板和Ⅱ型防波板，并确定了进行流体计算时防波板的数量及具体布置位置。对液罐车材料进行确定，并对液罐车罐体进行三维模型的建立。

文献[2]从车辆响应的基本力学角度，从尺寸和重量变量的定量影响角度，讨论了部分液体载荷下铰接式罐式车辆的侧倾稳定性问题。建立了任意几何形状部分充液罐车的动静态侧倾平面模型，并考虑了与液体在罐内运动相关的力矩和力。建立了任意形状部分装满油箱的侧倾平面模型，并与车辆的静态侧倾平面模型相结合。研究了在稳态转弯过程中罐内液体运动的影响。通过计算机仿真研究了坦克车辆的侧翻抗侧翻性能。

文献[3]把cty9403gyya铝合金运油半挂车当作本次拓扑优化的对象,分别在catia和hyper mesh中建立几何模型和有限元模型,并进行工况分析。有弯曲、扭转、紧急制动、转弯、爬坡启动工况的强度和刚度分析,得到应力和变形云图,分析显示车架和罐体不会发生结构破坏。对变密度法、变厚度法和均匀化方法在工程中应用进行了探讨,并对遗传算法、优化准则法、数学规划法和拉格朗日乘子法等数学算法进行了研究,最终确定使用变密度法对铝合金运油半挂车车架进行拓扑优化。在hyper works的优化模块optistruct中,以加权应变能最小为优化目标,体积比为约束条件,壳单元为变量,对铝合金运油半挂车车架拓扑优化,得到车架的拓扑结构。对拓扑优化后的车架模型进行分析,减少车架上的材料,减轻重量。建立优化后的车架模型,并验证罐车的五种工况的刚度和强度,证明优化结果的可行性。结果显示优化后铝合金运油半挂车满足强度和刚度要求,对拓扑优化后的模型进行模态分析,得出铝合金运油半挂车的振形和固有频率。

4. 研究方案

此次的毕业设计的内容是液罐车罐内防波板设计与优化研究，要基于计算流体力学理论和Fluent软件中的模型参数，开展液罐车防波板的设计与优化研究。对液罐车罐体模型进行前处理，划分网格并定义求解器；调节控制参数，求解相关方程；对计算结果进行后处理。对常规罐体结构进行分析，在不同充液比、不同激励情况下，对比有/无防波板、安装不同数量防波板时的罐体流体计算结果。

5. 工作计划

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至“毕业设计管理系统”。