罐体车结构设计

1 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 8 1 3 1 本课题研究的主要内容 8 1 3 2 本课题研究的意义 8 2 研究目标 9 3 罐体车三维模型的建立 9 4 罐体车有限元模型的建立 11 5 罐体车静力分析 12 5 1 载荷及约束类型的确定 12 5 2 各工况下结构的静力分析 13 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 15 5 2 3 液罐车满载制动工况静力分析 16 5 2 4 液罐车满载转弯工况静力分析 17 5 2 5 液罐车支腿支撑工况静力分析 18 5 2 6 液罐车各工况经理分析对比 20 6 半挂车的模态分析 20 结论 22 谢辞 23 参考文献 24 2 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 Hypermesh 3 Abstract Tank car is the safest way to transport liquids Since the continuous improvement of the tank car and its performance continues to improve the tank car has become one of the selected mode of transport At present tank car has been widely applied Therefore the research and analysis for tank car has important significance This study has completed three dimensional model of the vehicle according to dimensional drawings of XYZ9404 flammable liquid tank semi trailer provide by Chuzhou Xing Yang Motor Co Ltd And complete finite element analysis and modal analysis on the basis of the 3D model Identify structurally weak position for providing reference to the subsequent improvement of local structure models Import the model into Hypermesh software to the correlation process set up the finite element model Apply the load of different conditions to the finite element model of the tank car Using OptiStruct solver in Hyperwork to solve the finite element model and analyse freedom and steady state of finite element model obtained the natural frequencies and vibration order analyse results HyperView find a model large deformation and stress larger location and analyse the weak position Keywords Tank car Three dimensional modeling Finite Element Analysis Hypermesh 4 1 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 5 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 6 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 研究领域平衡问题特征值问题动态问题 结构工程学 结构力 学和宇航工程学 梁 板 壳结构的分 析 复杂或混杂结构 的分析 二维与三维 应力分析 结构的稳定性 结构 的固有频率和振型 线性粘弹性阻尼 应力波的传播 结构 对于非周期载荷的动 态响应 耦合热弹性 力学与热粘弹性力学 土力学 基础工程学 和岩石力学 二维和三维应力分析 填筑和开挖问题 边 坡稳定性问题 土壤 与结构的相互作用 坝 隧洞 钻孔 涵 洞 船闸等的分析 流体在土壤和岩石中 的稳态渗流 土壤 结构组合物的 固有频率和振型 土壤与岩石中的非定 常渗流 在可变形多 孔介质中的激动 固 结 应力波在土壤和 岩石中的传播 土壤 与结构的动态相互作 用 热传导固体和流体中的稳态 温度分布 固体和流体中的瞬态 热流 流体动力学 水利工 程学和水源学 流体的势流 流体的 粘性流动 蓄水层和 多空介质中的定常渗 流 水工结构和大坝 的分析 湖泊和港湾的波动 固有频率和振型 刚性或柔性容器中流 体的晃动 河口的盐度和污染研 究 扩展问题 沉 积物的推移 物体的 飞定常流动 波的传 播 多孔介质和蓄水 层中的非定常渗流 核子工程学反应堆安全壳结构的 分析 反应堆和反应 堆安全壳结构的稳态 温度分布 反应堆完全壳结构的 动态分析 反应堆结 构的人粘性分析 反 应堆和反应堆安全壳 结构中的非稳态温度 分布 7 电磁学二维和三维静态电磁 场分析 二维和三维时变 高 频电磁场分析 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 2 软件功能越来越强 从单一的 CAE 功能转向 CAD CAE CAT 一体化 尤其是设计 分 析一体化 3 越来越易于使用 目前已经从以专家为主转向普通设计者和开发工程师为主 4 专业融合 把分析 CAE 与试验 CAT 结合在一起使用 形成一种更为广泛的 广义 CAE 技术 有时又称为设计评估 对结构分析而言 是现代结构设计方法从规范和经验设计向分析设计转变 设计者在设计 阶段就能从仿真分析中形象地了解整个设计在受载后的应力 变形以及动力特性 评估设计质 量 寻找最佳的设计方案 将使结构设计质量发生质的飞跃 从力学领域来说 有限元法除了 用来求解一般的线性静力问题外 正向求解动力 非线性和各种场问题等方面发展 有限单元 法的各领域的应用如表 1 2 所示 应用有限元法分析复杂工程结构和弹性理论三维空间应力等问题是 都需采用大量的离散 单元 因而未知数很多 求解问题就需要使用大量的计算机来完成 而且计算前的准备工作量 也很大 但往往实际需要的却是少数数据 由于近几年内 要在我国发展和普及大容量电子极 端及有一定困难 因此 1980 年在杭州召开的全国计算力学会议上 我国知名学者钱令希 胡 海昌等和许多到会代表都纷纷指出 我们不仅要进一步普及和发展有限元法 还要探索与发展 半解析半离散法和一切有效的数值方法 以便为小机器算大问题闯出一条新路子 从而使我国 的计算力学研究工作更好地为社会主义建设服务 可以预算 随着现代力学 计算数学和计算 机设计等学科的发展 有限元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具 必将在国民经济建设和科学技术发展中发挥更重要的作用 其自身亦将得到进一步的发展和完 善 1 3 本课题研究的主要内容及意义 1 3 1 本课题研究的主要内容 1 主要完成的工作包括 XYZ9404 易燃液体罐式运输半挂车三维结构的建模 XYZ9404 易燃液体罐式运输半挂车的有限元模型的建立 XYZ9404 易燃液体罐式运输半挂车 结构有限元分析 XYZ9404 易燃液体罐式运输半挂车结构的模态分析 2 工况分析 液体罐装车几种典型的工况 满载匀速行驶工况 满载颠簸路面工况 与 牵引车分离 支腿支撑工况 满载刹车工况 满载转弯工况 计算得到相应各工况下的载荷 3 将模型导入 Hypermesh 软件中 进行中面抽取 板壳处理 属性添加 焊接模拟等 前处理工作 4 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 OptiStruct 求解器对有 限元模型进行求解 5 对有限元模型进行自由模态分析 得到结构的固有频率及振动阶数 以确定外界振动 激励对整车共振的影响程度 为后续振动的深入研究以及动力学分析提供依据 6 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 8 并对薄弱位置进行分析 1 3 2 本课题研究的意义 本研究采用 UG 三维建模和 Hypermesh 软件对 XYZ9404 易燃液体罐式运输车进行了计算 机辅助设计和研究 为罐体车的设计及结构改进和更新提供了科学的理论依据 拓宽了有限单 元法对罐车分析设计的领域 丰富了现代化设计方法在实践中的应用 本文对罐体车的在和分 析 罐体模型的建立 模型的简化 载荷的添加 分析的属性设置以及结果的观察均采用了较 多的处理技巧 具有很好的参考价值和重要的现实意义 2 研究目标 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车型的二维图完成整 车三维模型的建立 并在三维模型的基础上完成该车型的结构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结构的改进提供参考意见 3 罐体车三维模型的建立 根据厂方提供的二维 CAXA 图纸对易燃液体罐式运输半挂车进行三维模型的建立 三维模 型建立的是否精确直接影响到后续的有限元分析结果的准确性 易燃液体罐式运输半挂车的 UG 三维建模如下图所示 图 3 1 罐体车罐体 UG 模型视图 9 图 3 2 罐体车车架 UG 模型视图 3 3 罐体车牵引盒 UG 模型视图 10 图 3 4 罐体车总成 UG 模型视图一 图 3 5 罐体车总成 UG 模型视图二 4 罐体车有限元模型的建立 罐式运输车的主要结构如罐体 车架等均由一系列薄壁件焊接组成 且形状复杂 在建立 有限元模型时采用板块单元 PShell 进行模拟 对挂车的主要结构进行抽取中面 简化模型 的几何细节 几何清理 根据板壳理论可知处理后的模型能有效地描述罐体车的力学效能 对 于螺栓联接处理 在不考虑其变形和应力情况时 可以用刚性单元处理 分别在 Hyperworks 自 带的计算模块 Optistruct 中采用 Rbe2 刚性单元进行模拟 对于各种焊接主要采用 Seam 焊缝进 行处理 罐式运输车有限元模型的建立过程如下图所示 首先是模型结构的简化处理 如图 4 1 所 示 对简化模型进行抽取中面 中面抽取之后进行模型的网格划分 如图 4 2 所示 11 图 4 1 罐式运输车的简化模型 图 4 2 罐式运输车的有限元模型 网格划分之后进行属性的定义 结构的材料 个班的厚度等 结构的主要材料是 Q235 其 材料属性如表 4 1 所示 表 4 1 材料属性表 名称弹性模量 N mm2 泊松比密度 Kg mm2 屈服极限 N mm2 Q235 2 07 10E5 0 3 7 85 10E 6 235 最后得到的结构有限元模型共有 27 个部件 341611 个节点 345136 个单元 5 罐体车静力分析 5 1 载荷及约束类型的确定 静力满载工况下的载荷主要包括 罐体及车架总成辎重产生的重力载荷 即在 y 轴的正方 12 向上施加一个大小为 9 8m s2 惯性载荷 液体自重产生的压强 本文以静水压强的形式将压强 施加于罐体内部表面上 根据液体压强公式 P gh 0 84g cm3 压强随着液体深度 h 的增加 而增加 且作用方向为法向 左右护栏以集中力的形式 根据护栏质量得 F 505N 施加于护 栏支撑点位置的若干个节点上 其中液体在罐体内产生的压力情况如图 5 1 所示 图 5 1 罐体很截面静水压强 图 5 2 约束位置示意图 对于液体灌装车静力分析中的边界条件处理主要在两个位置 一个是钢板弹簧吊耳与车架 的连接位置 共八处连接位置 如图 5 2 红色圆圈标示区域 其中最后边位置的悬架后吊耳处 全约束 前三个吊耳出约束竖直方向的位移 即 y 方向位移 另一个位置是罐体前部牵引板位 置处的约束 该处竖直方向的位移约束 牵引销连接位置六个自由度全部约束 如图 5 2 所示 5 2 各工况下结构的静力分析 13 5 2 1 液罐车满载匀速工况静力分析 约束情况及载荷施加情况如图 5 3 所示 约束位置位于钢板弹簧吊耳处及牵引板位置处 约束方式同图 5 2 所示 载荷主要包括车体自重 满载时液体对筒体的静水压强 护栏重力 其中红色圆圈标示了护栏重力作用的位置 图 5 3 满载工况下约束位置及载荷情况 静力分析结果如下图所示 图 5 4 显示了满载工况下挂车的位移云图 最大位移值为为 0 409mm 出现在车架与前支撑相连的位置 图 5 4 满载工况位移云图 图 5 5 显示了挂车在满载匀速工况下的应力云图 最大应力值为 132MPa 出现在牵引板位 置的托架腹板与筒体的连接位置处 如图圆圈标示处 出现最大应力值的单元周围的单元的应 力值均在 80MPa 以下 应力较大的位置还出现在牵引板位置的托架腹板与筒体的链接位置处 托架侧板与托架腹板连接位置的应力值也均较大 由应力云图可知 该工况下的应力值均在材 料的屈服强度以下 图 5 5 满载工况下 Mises 应力云图 14 5 2 2 液罐车满载颠簸路面工况静力分析 满载颠簸路面工况主要模拟车辆在路况比较差的颠簸路面行驶时的情况 该工况下约束方 式与满载匀速工况下的约束方式相同 如图 5 2 所示 该工况下去一个较大的动载系数为 2 5 将该动载系数与所受的静载荷相乘 然后施加到模型上进行静力分析 静力分析结果如下所示 图 5 6 图 5 7 显示了满载颠簸路面工况下的位移云图 该工况下的最大位移为 0 885mm 最大位移出现在前段托架与车架的链接位置 图 5 6 满载颠簸工况位移云图一 图 5 7 满载颠簸工况位移云图二 满载颠簸路面工况下的盈利情况如图 5 8 所示 最大应力值为 378MPa 而最大应力单元周 围单元的应力值均在 180MPa 以下 最大应力位置出现在中间托架侧板位置 在单元 44250 处 牵引板位置的托架腹板与筒体的链接位置处的应力也较大 该位置处的最大应力值为 247MPa 出现最大应力的单元周围的单元应力值在 180MPa 以下 已知材料的屈服极限为 235MPa 该工况下结构的最大应力值大于材料的屈服极限 所以该工况下结构有可能会出现破 坏 15 图 5 8 满载颠簸路面工况下综合应力云图 5 2 3 液罐车满载制动工况静力分析 满载制动工况主要考虑罐车在行进过程中制动时的情况 制动工况下制动减速度取 5 0m s2 满载液体总重 33t 液体惯性力根据各腔室的体积及放浪板的面积等效施加于各放浪 板和封头上 挂车结构自重的惯性力以给挂车结构一个纵向的加速度方式进行处理 加速度取 5 0m s2 其他载荷如挂车自重 满载液体对罐体的压力 护栏重量的施加方式同上 约束情况 同上 载荷及约束方式如图 5 10 所示 5 10 液罐车满载制定工况载荷及约束方式 静力分析结果如下图所示 图 5 11 所示制动工况下的结构的变形云图 由位移云图知最大 位移为 0 628mm 最大位移出现在放浪板的位置 只是因为在制动过程中的放浪板因液压冲击 而造成的较大位移 有唯一云图可以看出前段封头位置的位移也较大 16 图 5 11 满载颠簸工况位移云图 制动工况下的应力云图如图 5 12 所示 由图 5 12 可以看出 应力较大的位置出现在各托架 腹板及侧板位置 且各处放浪板与筒体连接处的应力值也较大 这主要是由制动过程中液体对 放浪板的冲击造成的 如图方框标示的位置所示 最大应力出现在前段托架腹板位置 最大应 力值为 156MPa 最大应力单元周围的应力值均在 80MPa 以下 其他位置如各托架腹板中间位 置 托架侧板位置 车架横梁后端 牵引板与托架链接位置 牵引销与牵引板位置的应力值也 均较大 图 5 12 满载制动工况下综合应力云图一 5 2 4 液罐车满载转弯工况静力分析 液罐车转弯工况主要考虑在满载工况下罐车以某一车速及转弯半径进行转弯时离心力对车 体结构的影响 该工况下取离心加速度为 1 15m s2 转弯半径为 60m 车速为 30km h 离心加 速度由公式 v2 r 求得 液体的侧向惯性力等效施加在罐体侧面的节点上 结构自重的侧向 惯性力以给结构定义一个侧向加速度的方式进行车里 侧向加速度取 1 15m s2 其他载荷如液 体自重 护栏重力的施加方式同满载匀速行驶工况一样 约束的定义方式与满载匀速行驶工况 相同 液体的侧向惯性力的施加方式如图 5 14 所示 17 图 5 14 满载转弯工况下侧向惯性力施加方式 确定载荷及约束方式之后进行静力分析 通过位移云图可以发现 该工况下的最大位移为 0 657mm 与未变形的网格结构相比较 最大位移出现在罐体中间靠下的位置 侧面出现较大 位移的原因主要是受侧向惯性力的影响 由图 5 15 结构的应力云图可以看出最大应力值为 201MPa 出现在中间托架腹板出的单元 44250 号单元位置 该单元周围单元的应力值均在 90MPa 以下 其他位置的托架腹板及侧板位 置的应力值均较大 特别右侧托架应力要大于左侧托架应力值 只是由转向过程中侧向惯性力 对结构的影响造成的 该工况下筒体与托架连接部分的应力值也均较大 图 5 15 满载转弯工况下综合应力云图 5 2 5 液罐车支腿支撑工况静力分析 液罐车支腿支撑工况是分析当罐体车与牵引车分离式 罐体车前半部分重量分析及液体中 粮由前支撑腿支撑时的情况 该工况下的载荷施加方式同满载匀速行驶工况 即包括车体自重 液体对罐体的压强 防护栏的自重 将车架与支撑腿连接位置处的六个自由度全约束 钱营销 及牵引板位置的约束取消 其他约束如钢板弹簧吊耳的约束方式同满载匀速工况 约束情况如 图 5 16 所示 18 图 5 16 液罐车支腿支撑工况约束方式 确定载荷及约束之后对结构进行静力分析 静力分析结果如图所示 图 5 17 显示可该工况 下的位移云图 最大位移出现在前段分头下部分位置处 最大位移值为 2 77mm 罐车后端位移 最小 图 5 17 液罐车支腿支撑工况下的位移云图 结构的应力云图如图 5 18 所示 最大应力为 343MPa 出现在支撑腿位置横梁上板的前端 前端其他位置的较大应力值均在 130MPa 左右 而材料的屈服极限为 235MPa 该工况下的最大 应力值超过材料的屈服极限 且应力较大的单元较多 所以该种工况下结构有破坏的趋势 图 5 19 液罐车支腿支撑工况下综合应力云图 5 2 6 液罐车各工况经理分析对比 表 5 1 将各个工况的最大位移及最大应力值列出如下 已知材料的屈服极限为 235MPa 由 19 表中数据可知液罐车满载匀速工况 液罐车满载制动工况 液罐车满载转弯工况下结构的最大 应力值均小于材料的屈服极限 而液罐车满载颠簸路面工况 液罐车支腿支撑工况下得结构的 最大应力值大于材料的屈服极限 所以这两种工况下 罐体车结构有破坏的趋势 表 5 1 静力分析结果对比 工况最大位移值 mm 最大应力值 MPa 液罐车满载匀速工况0 409132 液罐车满载颠簸路面工况0 885378 液罐车满载制动工况0 628149 液罐车满载转弯工况0 657201 液罐车支腿支撑工况2 77343 6 半挂车的模态分析 结构的模态分析主要是确定结构的振型及各阶模态下结构的固有频率 进而判断外界振动 激励对车辆结构的影响 是否会因共振现象而在成车辆结构的破坏 一直路面不平度激励一般在 20Hz 以下的范围内 车轮不平衡激励低于 11Hz 车辆的非簧 载质量固有频率一般为 6 15Hz 半挂车结构的模态分析结果如下图所示 图 6 1 图 6 2 分别显示了模态分析的第一阶模态 云图和第二阶云图 图 6 1 第一阶模态云图 图 6 2 第二阶模态云图 20 图 6 3 显示了其他不同阶模态时结构的特征模态云图 图 6 3 其他阶特征模态云图 表 6 1 表示了前七阶次振型的结构固有频率及最大变形量 由表可知第一阶模态结构的固 有频率为 51 43Hz 远高于外界激励频率 且由前七阶结构的固有频率可以看出罐车整体结构 振型光滑 没有突变 前七阶结构因共振产生的最大变形量的值最大为 2 14mm 表 6 1 结构的共振频率及变形量 阶次固有频率 Hz 最大变形量 mm 151 432 14 253 180 83 359 851 13 461 731 0