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29立方米液体罐式集装箱的流固耦合及结构优化
| 论文题名： | 29立方米液体罐式集装箱的流固耦合及结构优化 |
| 关键词： | 油罐列车;罐式集装箱;流固耦合;罐体设计;结构优化;冲击载荷;有限元模型 |
| 摘要： | 由于近几年铁路运输大提速，列车油罐受到强烈的外载荷作用，液体晃动问题十分突出;晃动液体与结构的耦合冲击成为非常重要的问题，因此研究运动罐体内液体晃动对保障罐车运输安全具有十分重要的意义。 液固耦合一方面可能导致系统的运行不稳定，另一方面会对容器产生显著的附加动应力，甚至造成结构破坏，因此有必要对这类问题进行详细分析。 本文以此为出发点，使用双向流固耦合的方法对罐体冲击载荷进行分析，并进行结构减重和罐体端面形状优化的研究，具体分为以下步骤: (1)几何模型的简化。在HyperMesh中对罐车模型进行简化处理，方便后面网格的划分。 (2)流固有限元模型的建立。分别利用HyperMesh和ICEM-CFD对罐体及流体进行网格划分。 (3)固体域边界条件的设定。在HyperMesh中分别设置罐体的约束条件、分析类型和耦合参数，并通过添加命令流的方式设置流固耦合的耦合面。 (4)网格的变形。在HyperMesh的HperMorph中设置罐体和流体网格的控制体，通过改变控制体的handles实现网格的变形，通过保存所有步骤的命令文件来实现网格的自动变形。 (5)流体域参数的设置。在CFX中设置计算分析类型，流体边界条件，耦合参数，耦合面数据交换等。 (6)单双向流固耦合。通过CFX软件完成了罐体在流体冲击时的单双向流固耦合仿真。并对比单双向流固耦合结果，差异不大。而且都满足罐体材料许用应力。为优化设计提供了前提条件。 (7)罐体结构的优化设计。本文以罐体的壁厚及两端形状控制点作为设计因子，罐体的应力及质量作为输出响应建立实验设计方法。建立罐体的近似模型，选用NSGA-Ⅱ作为优化算法，完成优化设计。并验证罐体的优化后的模型。最终通过改变罐体的壁厚及两端形状得到的优化结果，使罐体的重量降低8.9％左右。 本文对罐式集装箱罐体部分的研究对于罐体设计及分析具有相应的参考。 |
| 作者： | 商继东 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 吴作伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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