半挂液罐车罐体强度分析

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1、半挂液罐车罐体强度分析作者：张景霍绘军王琳前S半挂液罐车是用于装运液体物质的专用车辆，由于它具有灵活、方便、制造周期短等优点，已经成为目前水、燃油、酸类、饮料、牛奶等的主要运载设备之一。罐车在运输过程中环境多变，设计制造要求较简，必须可靠、经济、合理。罐体的设计与制造是最重要的因素，对'其强度进行分析是很冇必要的。鉴于此，本文针对我司研发的新型常压保温半挂液罐车进行了冇限元分析,针对英液压试验进行了应力测试，并比较了计算值与试验值，以充分了解其应力分布，最终得到更加安全合理的设计方案。2有限元分析2.1基本假设与简化（1）罐体为线

2、弹性系统。（2）罐体和装载介质是各向同性，密度均匀分布。（3）结构上的小圆角等工艺因索不考虑。2.2单元类型的选择根据有限元分析的基本理论，单元类型选择的恰肖与否，対计算的梢度和速度有着直接的影响。板壳结构是指在儿何上一•个方向的尺寸比另外两个方向的尺寸要小得多的薄壁结构，一般当厚度t与另外两个方向的授小尺度LZ比小于1/10,即nJ视为薄壁板。组成罐体及车架的各种构件采用的大多是薄壁构件，截面厚度与其它两个方向的氏度相比满足薄壁构件的假设，因此采用板売单元是合适的。综合考虑罐体的结构和受力特点，选取4节点四边形单元SHELL18

3、1单元。在SHELL181单元的每个节点上具有6个自由度,即沿坐标轴的位移口由度UX、11丫、UZ和绕坐标轴的转动口由度ROTX、ROTY、ROTZ。整个结构基木左右对称，但考虑罐体内部防浪板的设计，仍然对整车建立完整模型，如图1所示。网格的划分应用ANSYS软件自带的Meshtool工具，选用合适的血和边长尺寸，可以方便快捷地将模型划分网格。图1整车实体模型2.3材料特性参数及边界条件处理该车主要由罐体总成和年架总成构成，使用的材料分别为为SUS304及Q345A,材料的特性参数见表1o表1材料特性参数简表弹性模量抗拉强度Ex(

4、Gpa)os(N啊。b(MPa)■tiTahSUS3041.942105200.3Q345A2.063455860.31由于该车的实际变形最相对于整个罐体的变形最很小，本文主旨在于罐体的分析，故在此不考虑钢板弹簧的影响，并简单作以下约束处理：(1)在悬架对应位宜采用固定约束；(2)在牵引销对应位證采川固定约束；计算工况分别对应于液压试验下，水满充压0.03Mpa及0.06Mpao载荷施加为：3)罐车自重产生的重力载荷，即在Y轴的负方向上施加大小为g=9.81m/s2的惯性载荷;(2)施加液体自重压力载荷，考虑冲装介质为水，按压力梯

5、度加载。2.4分析计算结果根据计算结果图片可以发现，罐体最人应力出现在封头折弯处。罐体其余部分应力较低。这主要是山于碟形封头制作时的折弯半径不合理造成的。在液压试验工况下（该压力大于垂直向下2g载荷），图2表明，水满冲压0.03Mpa时，罐体应力最大值为214Mpa,已经达到材料的屈服极限；而水满冲压0.06Mpa时，，在封头局部小范围，材料己经屈服。因此，在封头折弯处较容易发生破坏。除此Z外，罐体其余部分应力较低，是绝对安全的。图2水满冲压0.03Mpa时vonmises应力分布云图3应力测试3.1测试过程通过电测法测定该车（额

6、定载荷为30t）的罐体和车架上特定点的静态应力时，卸去了罐车的车轮、保温层以及护栏部分，制做出专用支架，分别放置于牵引销及悬架对应位置。测虽:仪器使用了江苏联能电子技术有限公司的YE2539静态电阻应变仪。试验前根据有限元软件分析的结果，同时考虑实际情况，将测点主要布置在左半部罐体，并在右半部分罐体贴有少量应变片。考虑到罐体横截面形状由8条不同曲率半径的

7、员【弧线组合而成，在液压试验工况下，主应力的方向较容易确定，因而在罐体上主要布置单向应变片。3.2试验结果分析与对比由于试验数据较多，现取出液压试验吋水满冲压0.06Mpa工况进

8、行比较。为了得到测点的应力值，根据材料力学公式计算出了各个点的应力。单向应力a=Es从冇限元模型提取出相同工况下对应于电测试验的部分测试点的分析结果，点的位置及应力分布如图4〜6所示。由于贴片的位迸不同，需要根据结构的不同转换成局部柱坐标系。将其和有限元计算结果加以比较，如表2所示（其余所有测试点的数据略）。图3更加明确的给出了计算值与试验值的关系。序号測试点测试結叉NPA计算结果/MPA井头部分11-137.32・116.7994-170.57-158.22935■249.68・214.693筒体中部4736.6739.9085

9、935.542.74961171.5978.89471634.7332.08582530.8526.745簡体中F邯98148910.145101326.1913.9961117103718.72212206.019.486132718.8220.