大型半挂油罐车结构设计与轻量化优化(含CAD零件装配图,CATIA三维图)(任务书,开题报告,文献摘要,外文翻译,论文说明书15000字,CAD图8张,STP三维图)
摘要
因车企间的激烈竞争和愈发严重的环境问题，作为遏制上述问题加剧的主要手段，汽车轻量化已成势不可挡的趋势。轻量化设计是降低能耗、减少排放的最有效措施之一，对减排和降低制造成本有重大意义，但是乘用车的轻量化研究已到达瓶颈，而专用车尤其是油罐车的轻量化优化有极大的空间。
通过Catia建立油罐车三维模型，使用Hypermesh对模型进行前处理，网格划分及工况模拟，对半挂油罐车罐体车架进行性能校核，发现模型在五种工况下都符合其安全使用范围，且具有较大的轻量化潜力。
以总质量为目标函数，定义约束函数得到油罐车轻量化设计近似模型，利用Optistruct进行尺寸和形状优化设计，再对优化后的模型进行静力学及模态分析，结果表明其能安全使用。相比于优化前，油罐车减重22%，达到了轻量化目的。
关键词：油罐车，有限元，轻量化设计，结构优化
Abstract
Due to fierce competition among car companies and increasingly serious environmental problems, as a major measure to curb the aggravation of the aforementioned problems, the lightweighting of cars has become an unstoppable trend. Moreover, lightweight design is one of the most effective measures to reduce energy consumption and emissions, and it is of great significance for reducing emissions and reducing manufacturing costs. However, lightweight research on passenger vehicles has reached a bottleneck, and special vehicles, especially tankers There is plenty of room for lightweight optimization.
The three-dimensional model of the tank car was established by catia, and the model was pre-processed using hypermesh, and the meshing and working conditions were simulated. The performance check of the tank frame of the semi-trailer tanker was performed. It was found that the model was in conformity with the five working conditions. Its safe use range, and has greater potential for lightweighting.
Using the total mass as an objective function, the constrained function was defined to obtain an approximate model of the lightweight design of the tanker. The Optistruct was used to optimize the size and shape of the design. The optimized model was then subjected to statics and modal analysis. The results showed that it can be used safely. Compared with the optimization, the tanker had a weight reduction of 22%, achieving the goal of lightweighting.
Key words: tanker, Finite element analysis, lightweight design, structural optimizatio
3.2.1 罐体三维模型的建立
罐体横截面形状通常有椭圆、圆、六边形或不规则等等形状，选择罐体形状时，应该选择有利于降低车辆质心高度、罐体质量并增大罐体容积的形状。本课题罐体选择CSC9409GYYLEC型半挂车的罐体截面形状，即腰鼓形椭圆形状，其优点是质心较低,稳定性较好。
罐体总长10300mm,总宽3000mm,总高2000mm，罐体总成主要由罐体、油管、呼吸阀、放油阀、液位指示器、静电消除装置、加油口及扶梯等组成，但对于本课题建立三维模型而言，仅需建立罐体，对其余部分进行简化处理，同时对提高泄油率的罐车斜底进行忽略处理。
罐体主要由筒体、前后封头及方波板组成。取罐体厚度6mm，前后封头厚度10mm，防波板厚度取4mm。由《道路运输液体危险货物罐式车辆》中的规定可知,相邻二个防波板所构成的罐体几何容积不能大于7.5m³,本论文模型的容积为40m³，故设置5块防波板，将罐体分为6部分。在Catia中通过凸台、凹槽及平移操作可得罐体模型，见下图：
车架三维模型的建立
车架由横纵梁及牵引销版组成，车架纵梁主要由工字钢构成,横梁由角钢构成,纵横梁通过焊接构成其车架。车架主要尺寸见下表：
表3.1 车架主要尺寸值表
名称 车架总长 车架宽 纵梁高度 横梁高度
尺寸（mm） 12140 1140 680 140
目 录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外油罐车轻量化研究现状 1
1.3 本文主要研究内容 2
第2章 有限元理论基础及Hypermesh软件介绍 4
2.1 有限元法基本理论 4
2.1.1 油罐车有限元法基本思想 4
2.1.2 薄板弯曲理论 4
2.1.3 有限元分析步骤 6
2.2 Hyperworks软件介绍 6
第3章 油罐车CAD与CAE模型建立 8
3.1 半挂式油罐车介绍 8
3.2 油罐车三维模型建立 9
3.2.1 罐体三维模型的建立 9
3.2.2 车架三维模型的建立 11
3.2.3 油罐车罐体车架三维模型的建立 12
3.3 油罐车罐体与车架有限元模型建立 13
3.3.1油罐车罐体与车架有限元模型建立原则 13
3.3.2 模型前处理 13
3.3.3 网格划分及连接方式模拟 14
3.3.4 约束及载荷施加 15
3.4 本章小结 15
第4章 油罐车罐体与车架静力学分析 16
4.1 弯曲工况 16
4.2 扭转工况 17
4.3 转弯工况 17
4.4 制动工况 18
4.5 启动爬坡工况 19
4.6 本章小结 20
第5章 油罐车罐体与车架结构轻量化设计 21
5.1 Optistruct结构优化理论基础 21
5.2 油罐车尺寸优化设计 21
第6章 优化后油罐车罐体与车架性能校核 24
6.1 罐体与车架静力学分析 24
6.2 线性动力分析理论基础 28
6.3 罐体车架空载模态分析 29
6.4 罐体车架满载模态分析 31
6.5 本章小结 33
第7章 结论与展望 34
7.1 结论 34
7.2 展望 34
参考文献 35
致谢 36
|
