ansys半挂液罐车罐体强度分析.

1、半挂液罐车罐体强度分析发表时间：2009-11-21作者：张景*瞿绘军*王琳 来源：安世亚太关键字：CAE ANSYS 半挂液罐车 罐体 强度分析以中集通华某半挂液罐车为研究对象，建立三维模型，运用有限元软件对其分别 进行了 0.03Mpa 与 0.06Mp 液压试验工况下的强度分析计算，指出了结构应力集中 部位。在有限元分析的基础上，采用电测法对结构应力进行了测试，并进行了对 比，两者基本吻合。通过该分析，为产品设计提供了充分的理论依据。1 前言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

2、运输过程中环境多变，设计制造要求较高，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有必要的。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有限元分析，针对其液压试 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素不考虑。2.2 单元类型的选择根据有限元分析的基本理论，单元类型选择的恰当与否，对计算的精度和 速度有着直接的影响。板壳结构是指在几何上一个方向的尺寸比另外两个

3、方向的 尺寸要小得多的薄壁结构，一般当厚度 t 与另外两个方向的最小尺度 L 之比小于 1/10，即可视为薄壁板。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长度相比满足薄壁构件的假设，因此采用板壳单元是合 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 SHELL181 单元。在 SHELL181 单元的每个节点上具有 6 个自由度，即沿坐标轴的位移自由度 UX、 UYUZ 和绕坐标轴的转动自由度 ROTX ROTY ROTZ整个结构基本左右对称，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

4、 Meshtool 工具，选 用合适的面和边长尺寸，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车架总成构成，使用的材料分别为为SUS304 及Q345A 材料的特性参数见表 1。表 1 材料特性参数简表材料惮件料Es(Gpa)朋脛修哽Jb (MPa)SUS3O41.942105200.3QJ45A2.0634558由于该车的实际变形量相对于整个罐体的变形量很小， 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）在悬架对应位置采用固定约束；（2）在牵引销对应位置采用固定约束；计算工况分别对应于液压试验下

5、，水满充压 0.03Mpa 及 0.06Mpa。载荷 施加为：（1）罐车自重产生的重力载荷，即在丫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，罐体最大应力出现在封头折弯处。 罐体其余 部分应力较低。这主要是由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，材料已经屈服。因此，在封

6、头折弯处较容易发生破坏。除此之外，罐体其余部分应力较低，是绝对安全的.0CZ993应沛切-*H韭吐LLH吧d丄嵐显乱九2壮图 2 水满冲压 0.03Mpa 时 von mises 应力分布云图半挂液罐车罐体强度分析发表时间：2009-11-21 作者：张景*瞿绘军*王琳来源：安世亚太关键字：CAE ANSYS 半挂液罐车 罐体 强度分析以中集通华某半挂液罐车为研究对象，建立三维模型，运用有限元软件对其分别 进行了 0.03Mpa 与 0.06Mp 液压试验工况下的强度分析计算，指出了结构应力集 中部位。在有限元分析的基础上，采用电测法对结构应力进行了测试，并进行了 对比，两者基本吻合。通过该分

7、析，为产品设计提供了充分的理论依据。3 应力测试3.1 测试过程通过电测法测定该车（额定载荷为 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。测量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 条不同曲率半径的圆弧线组合而成，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

8、压试验时水满冲压0.06Mpa 工况进行比较。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（T =E 从有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 46 所示。由于贴片的位置不同，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。图 3 计算值与测试值比较图图 4 圭寸头径向应力云图表 2 水满冲压 0.06Mpa 时试验值与计算值比较表测诙点测辽站罠 MPA计算给杲冉站去邯分1143732-116.79924-170.57A5Z.22935-249.68-214.693所俸中邙436.6739 90S5935 54274961171.5?78S94-r1634.7J32 08532526745肖低中弓邙9S14.S910.145101326 1913.9951117103718.72212206.019 4B6132718.8220 035图 5 罐体中部径向应力云图图 6 罐体中下部径向应力云图4 结论(1)半挂液罐车是一种很重要的运输工具，其设计的关键点在于罐体的 设计。采用有限元软件 AN