罐体车结构设计

目录中文摘要 (2)英文摘要 (3)1 引言 (4)1.1 罐体车的发展状况及其应用 (4)1.1.1 罐体车的历史及其发展 (4)1.1.2 罐体车的应用 (5)1.2 有限单元法的发展状况及其应用 (5)1.2.1 有限单元法的历史及其发展 (5)1.2.2 有限单元法的应用状况及其重要性 (6)1.3 本课题研究的主要内容及意义 (7)1.3.1 本课题研究的主要内容 (7)1.3.2 本课题研究的意义 (8)2 研究目标 (8)3 罐体车三维模型的建立 (8)4 罐体车有限元模型的建立 (10)5 罐体车静力分析 (11)5.1 载荷及约束类型的确定 (11)5.2 各工况下结构的静力分析 (12)5.2.1 液罐车满载匀速工况静力分析 (13)5.2.2液罐车满载颠簸路面工况静力分析 (14)5.2.3 液罐车满载制动工况静力分析 (15)5.2.4液罐车满载转弯工况静力分析 (16)5.2.5 液罐车支腿支撑工况静力分析 (17)5.2.6液罐车各工况经理分析对比 (18)6 半挂车的模态分析 (19)结论 (20)谢辞 (22)参考文献 (23)罐体车结构设计摘要：罐体车是液体运输最安全的方式。

由于罐体车的不断改进以及其性能的不断提升，罐体车逐渐成为货主选择的运输方式之一。

目前，在我国罐体车已经得到了广泛的应用。

因此，对罐体车的研究分析有着重要的意义。

本研究根据滁州兴扬汽车有限公司提供的XYZ9404易燃液体罐式运输半挂车的二维图纸完成整车三维模型的建立，并在三维模型的基础上完成有限元分析及模态分析，找出结构薄弱位置为后续车型局部构造的改进提供参考意见；将模型导入Hypermesh软件中进行相关处理，完成有限元模型建立，将不同工况下的载荷施加到液体罐装车的有限元模型中，依据Hyperwork自带求解器OptiStruct 求解器对有限元模型进行求解；并对有限元模型进行自由稳态分析，得到结构的固有频率及振动阶数，对得到的计算结果在HyperView中进行分析，找到模型的大变形及应力较大的位置，并对薄弱位置进行分析。

关键词：罐体车三维建模有限元分析 HypermeshAbstract：Tank car is the safest way to transport liquids.Since the continuous improvement of the tank car and its performance continues to improve, thetank car has become one of the selected mode of transport.At present, tank carhas been widely applied.Therefore, the research and analysis for tank car hasimportant significance.This study has completed three-dimensional model ofthe vehicle according to dimensional drawings of XYZ9404 flammable liquidtank semi-trailer provide by Chuzhou Xing Yang Motor Co., Ltd. Andcomplete finite element analysis and modal analysis on the basis of the 3Dmodel.Identify structurally weak position for providing reference to thesubsequent improvement of local structure models.Import the model intoHypermesh software to the correlation process, set up the finite elementmodel，Apply the load of different conditions to the finite element model of thetank car. Using OptiStruct solver in Hyperwork to solve the finite elementmodel, and analyse freedom and steady-state of finite element model，obtainedthe natural frequencies and vibration order，analyse results HyperView, find amodel large deformation and stress larger location, and analyse the weakpositionKeywords：Tank car Three-dimensional modeling Finite Element Analysis Hypermesh1 引言1.1 罐体车的发展状况及其应用罐体车是用来运输液体、气体及粉状货物的车辆。

这些货物在罐体内，罐体是这种车型的一种特殊形式的车体。

1.1.1 罐体车的历史及其发展1865年，美国Densmore将两个巨大的木桶放在平板车上，安装密封盖后，将原油高效的运出。

随着安全的提高和桶的有效运用，这些油罐车立即得到有效的运用。

不久随着设计的改进和普及，一位发明者将两个桶合二为一，而将桶纵向放在平车上。

1869年，为防止桶板间的泄漏，美国宾夕法尼亚约克市的Empire运输公司将铆接的铁罐直接安装在木质底架上代替垂直的木桶，在以后的90年里，普遍保持了这种形式。

1900年，John Van Dyke设计了一种罐车，采用双行铆的港钢罐，并且废除了底架，这是现代无底架罐车的前身。

1920年，焊接罐车开始使用，锻焊成为罐车结构的标准方法。

1941年，罐车逐渐使用熔焊。

70年代至今，主要强调罐车的安全性的改进。

通常罐车可分为非压力罐车、压力罐车和其他罐车。

非压力罐车的罐体壁厚相对压力罐车较薄，供通常情况下运输无危险和低蒸发压力、低介质有毒液体货物，压力罐车罐体壁更厚，装载高蒸汽压力压缩的、液化的商品，以及常温下通常为气体的物质、这包括液化石油气、氯气’无水氨和二氧化碳。

我国从1958年由大连机车车辆厂试制出第一辆无底架轻油罐车以来，至今已有40年的历史.与国外罐车相比，我国罐车仍存在较大的差距主要表现在以下几个方面：（1）罐车容积小，载重量小（2）罐车自重系数大，运输效率低（3）罐车底架结构落后（4）钢材强度低目前罐体车正向大型化发展，采用了一些新技术：（1）新型转向架的应用（2）采用无底架结构（3）采用新型罐体结构（4）采用新材料罐体车是液体运输的最安全的方式。

由于罐体车的不断改进，罐体车仍将成为货主选择运输的主要方式。

1.1.2 罐体车的应用目前，罐体车已经在运输上得到了广泛的应用。

在北美，罐体车主要负责液体货物的散装运输。

在我国，罐车也得到了充分的利用，有高度专用化的运输酸的酸罐车、经过优化的用于运输乙二醇的乙二醇罐车、专门设计成运输液化石油气的液化石油气罐车、用于运输氯乙烯的氯乙烯罐车、运输谷物浆的谷物浆罐车等等。

罐车运输已经影响到我们生活的每一部分，对国民经济的发展有着重要的意义。

1.2 有限单元法的发展状况及其应用有限元分析理论已有100多年的历史，是悬索桥和蒸汽锅炉进行手算评核的基础。

目前，有限元分析在固体力学、流体力学、机械工程、土木工程、电气工程等领域得到了广泛的应用，与CAD结合越来越紧密。

有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

1.2.1 有限单元法的历史及其发展自1943年，数学家Courant第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理求解St.Venant扭转问题以来，许多数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉及过有限单元的概念。

但由于即使一个小规模的工程问题，用有限元分析都将产生较大的计算量。

到50年代中期，开始有人利用这种思想对航空工程中的飞机结构进行矩阵分析。

其分析思路是，将整个结构看作是有有限个力学小单元相互连续而形成的集合体，每个单元的力学特性组合在一起便可提供整体结构的力学特性。

这种处理问题的思路，在1960年被广泛用于求解弹性力学的平面应力问题，并开始使用“有限单元法”这一术语。

结构分析的有限元方法是由一批学术界和工业界的研究者在二十世纪五十年代到二十世纪六十年代创立的。

之后，随着电子计算机的飞速发展，有限单元法如虎添翼，进过30多年的发展，目前国内外已有许多大型通用的有限元分析程序可供使用。

因而，工程技术人员进行结构分析师的主要任务就是设法将复杂的工程实际问题加以简化、建立合理的计算力学模型，然后在按所选用的程序的要求，准备好全部所需的数据和信息，运用计算机进行求解，最后在检查计算结果的合理性。

事实上，现在许多大型有限元分析软件都配备了功能很强的前后处理程序，并已出现了将人工智能技术引入有限元分析软件，形成了比较完善的专家系统，逐步实现了有限元分析的智能化。

1.2.2 有限单元法的应用状况及其重要性几十年来，有限单元法已在各个工程领域得到了广泛的硬功，相应的大型软件已成为现代工程设计中一个重要的、不可缺少的工具。

在工程技术领域内常用的数值模拟方法有：有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，但就其实用性和因公的广泛性而言，主要还是有限单元法。

特别是近年来，由于计算机辅助设计在工程设计中日益广泛的应用，有限元程序包亦已成为CAD 常用计算方法库中不可缺少的重要内容之一，并且与优化设计技术结合，形成了大规模的集成系统。

工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确合理的确定最佳设计方案。

现在人们主要是从事于扩展应用领域的研究。

目前，有限元法的应用已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、壳班问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题。

分析的对象从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域。

在工程分析中的作用已从分析和校核扩展到优化设计，并和计算机辅助技术相结合。

有限元法在航空、航天、造船、建筑等方面已得到广泛的应用，在化工、机械、海洋、水利、核能、地质、生物等方面也开始得到应用。

主要呈现以下几个发展趋势：表1.2 有限单元法的工程应用（1）应用领域越来越宽；目前应用范围扩大到军事、航空航天、土木工程、机械电子、生物医学等各个领域。