高强度钢板在油罐半挂车上的应用研究

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轻量化是专用车主要的发展方向之-，受到了国内外的广泛关注。由于国内道路隋况复杂多变，且油罐车内部油液晃动问题突出，晃动液体与罐体结构的耦合振动成为特别重要的问题。

目前，高强度钢板在轻量化中的应用研究还停留在简单模型的理论研究阶段，为了真实反映油罐半挂车在外载荷作用下以及油液晃动影响下的静力学和动力学特性，对采用某高强钢生产的油罐半挂车进行分析研究，获得典型工况下油罐半挂车的应力及位移分布情况以及油罐车耦合系统的振动特性，可以为高强度钢板在油罐半挂车上的应用及结构优化设计提供理论依据。

2高强钢油罐半挂车模型的建立高强钢油罐半挂车主要由罐体和车架两部分构成。罐体由筒体、前后封头以及防波板等组成；车架由腹板、下翼板及横梁等组成。为了真实反映油罐车结构并为高质量网格的划分提供良好的模型基础，利用ANSYS直接建立该油罐半挂车的面体模型，应用SHELL63单元对面体网格进行划分。为了真实反映车体变形情况，利用 COMBIN14单元等效代替钢板弹簧和轮胎的支撑刚度。特别注意的是应保证面体的相关I生，以保证油罐车整体网格的连续性。

3油罐半挂车静态有限元分析为了研究油罐半挂车在典型工况下的静力学特征，选择 90%贮液量下匀速行驶、紧急制动、转弯和加速上坡四种工况进行分析，以确定其在四种典型工况下的应力分布情况和变形情况。油罐半挂车所受载荷包括结构 自重、油液压力以及由于制动、转弯和加速引起的结构惯性力和油液产生的附加压力。油液载荷的施加方法：油罐车装载油液时，油罐内部处处都受到油液的压力，当油液密度均匀时，油液压力沿油液深度呈线性变化，油罐内壁所受压强可以计算出来Ⅲ◆急制动工况中制动减速度取 5000mrn/s ；转弯工况中，向心加速度取a1200mm/sz(取转弯半径60m，车速30km/h时)；加速上坡工况中，公路坡度角取 5.14o，上坡加速度取a230mm/sZ3。由于制动、转弯和加速引起的结构惯性力和油液产生的附加压力通过加速度分解叠加的原理进行计算并施加。经有限元分析计算，油罐车在各工况下的最大应力及位移，如表 1所示。

来稿日期：2012-08-07作者简介：王金刚，(1961-)，男，河北沧州人，博士，教授，主要研究方向：机械(车辆)系统 CAENo.6June.2013 机械设计与制造 33汽车行驶时，路面对汽车的激励多为低于 20Hz以下的垂直振动频率，路面激励随着道路条件的改变而不同，在较好路面条件下，如高速公路，此激励多在 3Hz以下，汽车的第-阶固有频率应该高于20Hz。汽车行驶过程中发动机在怠速时的激振频率为(30～33)Hz(怠速取(600-700)r/min)，由分析结果看，空载和90%容积时振动频率接近路面激振频率范围，有发生整体扭转振动和车架后部局部弯曲振动的可能性。

5结论通过对高强钢油罐半挂车的静动态分析可以得到以下结论：(1)四种典型工况的静力学分析结果表明，该高强钢油罐半挂车完全满足强度刚度要求，且具有很大的安全系数，获得的各位置的应力和位移数据，为对其进行优化谢斗提供了依据。(2)流固耦合模态分析结果表明，随着油罐车贮液量的不断增加，其整体弯曲振型对应的固有频率不断降低，并且各频率均避开了路面激励频率；空载时油罐车出现整体扭转振动。但由于油液的耦合作用，贮液量50%及90%时，罐车在分析频率范围内并没有出现整体扭转振动，而表现为局部振动，说明油液对油罐车的振动起到了抑制作用。

(3)高强度钢板在轻量化中的应用研究还停留在简单模型的理论研究阶段，针对高强钢油罐半挂车实际模型进行了有意义的分析和研究，但这种分析和研究只是初步的。要将高强钢成功应用在油罐半挂车上，还有很多工作要做，比如焊接工艺的确定，焊接残余应力的消除等，只有将轻量化设计工作与工艺工作圆满结合，才能彻底解决高强钢在油罐半挂车上的应用问题。