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原文传递基于流固耦合的罐式半挂车横向稳定性分析及综合评价研究

论文题名：	基于流固耦合的罐式半挂车横向稳定性分析及综合评价研究
关键词：	罐式半挂车;流固耦合;横向稳定性;综合评价
摘要：	伴随着我国交通运输行业的高速发展，罐式半挂汽车列车(以下简称罐式半挂车)已然成为了液态能源类货物运输的主要运载车型。由于罐式半挂车具有装载质量大、重心高、体积大的特点，且运载的货物多为危险品液体，当发生严重交通事故时，罐内液体极易发生泄漏或爆炸现象，所造成财产损失以及人员伤亡情况将无法估量。本文以某罐式半挂车为研究对象，基于流固耦合理论分析罐内液体运动特性，研究罐式半挂车行驶过程中横向稳定性各影响因素的灵敏度，建立罐式半挂车横向稳定性综合评价模型，最终结合仿真模型分析在转弯道路工况下罐式半挂车的横向稳定性，为罐式半挂车的优化设计及提高车辆横向稳定性控制策略开发提供理论参考。论文的主要研究内容包括: 　　(1)通过TruckSim软件建立罐式半挂车整车动力学模型，并基于流固耦合理论结合FLUENT软件推导了模拟罐内液体晃动的等效机械模型，并将模型搭建于Simulink中，实现与TruckSim的数据传输，由此搭建了TruckSim-Simulink联合仿真模型，并实车试验验证了模型的准确性，通过对比二者数据分析得出误差在10％以内，仿真模型精度符合要求。　　(2)结合标准所规定的试验要求，利用所建立的联仿模型进行仿真试验，根据试验数据的特殊性，为提高数据分析的准确性，采用均匀试验法，对试验结果进行相关分析，结合分析结果对试验因素的灵敏度进行分析研究，并绘制影响各检验指标的Pareto图，计算出各变量的平均贡献率。得出影响罐式半挂车横向稳定性的主要试验因素为罐内液体充装比(28.71％)、罐内液体密度(18.48％)、牵引车质心高度(17.61％)、牵引车轮距(15.52％)、悬架刚度(8.78％)。　　(3)基于均匀试验得出的数据进行相关分析和灵敏度分析，对试验结果进行回归分析以及相应的检验工作，由此拟合出本次试验所选取试验指标的回归分析预测模型。在此基础上，参照标准中规定的公式模型，建立了关于罐式半挂车横向稳定性综合评价模型，针对15组均匀试验中，罐式半挂车模型横向稳定性能等级在良好及以上有5组,占比为31.25％;等级评定为一般的有4组，占比为25％;而在较差及以下的有7组，占比为43.75％。　　(4)参考罐式半挂车横向稳定性影响因素的相关分析和灵敏度分析的结果，运用TruckSim-Simulink罐式半挂车联合仿真模型，从罐内液体装载比例和装载液体的密度两个方面综合设计试验进行仿真，分析在其影响下车辆通过转弯道路时的安全车速阈值，并建立关于液体充装比例和液体密度的车辆临界失稳车速的数学模型。挑选四组数据，通过对比得到同一装载工况下数学模型计算与仿真试验所得到车速阈值计算误差分别为0.8％、0.26％、0.95％、0.47％,模型精度较高。结果表明:在车辆行驶在转弯道路时,当罐内液体充装比处于60％的情况，液体因晃动所产生的冲击力对车辆横向稳定性的影响最为严重，致使车辆横向稳定性达到最差，因此当罐式半挂车运载液体行驶在公路时应避开罐内液体充装比在60％左右，以免在转弯道路工况下发生失稳现象，降低车辆发生事故的风险。
作者：	王春晖
专业：	机械工程
导师：	周淑文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2021