基于流固耦合作用罐式集裝箱的強(qiáng)度分析與研究.pdf

1、罐式集裝箱屬于三類壓力容器,為此建立科學(xué)合理的罐式集裝箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,對(duì)于確保其安全運(yùn)行具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。罐車在制動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生明顯的水擊現(xiàn)象,但至今相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒能真實(shí)反映實(shí)際水擊壓力對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。如何準(zhǔn)確計(jì)算罐式集裝箱在制動(dòng)過程中的水擊壓力場(chǎng),并建立流體動(dòng)力學(xué)與固體有限元分析的多場(chǎng)耦合機(jī)制是建立科學(xué)合理的罐式集裝箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法的理論前提。為此,本文系統(tǒng)研究了介質(zhì)特性和過程參數(shù)對(duì)水擊壓力影響的規(guī)律和機(jī)理,探討了流體動(dòng)

2、力學(xué)與固體有限元分析的多場(chǎng)耦合機(jī)制,提出了基于流固耦合作用的罐式集裝箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,為建立合理的罐式集裝箱設(shè)計(jì)方法奠定了科學(xué)的理論基礎(chǔ)。
　　 罐車制動(dòng)過程中罐內(nèi)液體晃動(dòng)的水擊是由邊界運(yùn)動(dòng)改變而產(chǎn)生,而現(xiàn)有通過在流體上施加加速度模擬罐內(nèi)液體晃動(dòng)水擊過程顯然是不合理的,所以本文提出了通過對(duì)罐體壁面旌加罐車制動(dòng)速度邊界條件,來真實(shí)反映其罐內(nèi)液體晃動(dòng)水擊過程的數(shù)值模擬方法。
　　 本文系統(tǒng)研究了罐車初始速度、液體充裝率、密

3、度、黏度和防波板對(duì)罐體水擊壓強(qiáng)影響的規(guī)律性關(guān)系。研究表明,當(dāng)罐車充裝率k=0.85和初速度為16.66m/s時(shí),液體晃動(dòng)產(chǎn)生的最大水擊壓力高達(dá)2.1MPa,是初始最大靜水壓強(qiáng)的107倍,因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮水擊壓力對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。
　　 通過傳統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法與本文基于流固耦合罐式集裝箱設(shè)計(jì)法計(jì)算的罐體強(qiáng)度對(duì)比分析,結(jié)果表明按照實(shí)際剎車制動(dòng)過程液體晃動(dòng)內(nèi)壁的水擊壓力計(jì)算的罐體最大應(yīng)力要比傳統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法計(jì)算的最大應(yīng)力值增加38