本文關(guān)鍵詞：非滿載液罐汽車液體沖擊非線性建模及行駛穩(wěn)定性研究

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【摘要】：液罐汽車在液體危險(xiǎn)品運(yùn)輸中被廣泛使用,與此同時(shí),液罐汽車在運(yùn)輸中發(fā)生交通安全問題不斷增多。特別是在緊急制動(dòng)、高速?gòu)澋佬旭偦蚓o急避讓過程中,非滿載液罐汽車罐內(nèi)液體發(fā)生較大晃動(dòng),可能造成液罐汽車交通事故,甚至發(fā)生單車側(cè)翻,引起火災(zāi)、爆炸、環(huán)境污染和人員大規(guī)模中毒等嚴(yán)重后果。由于液罐汽車實(shí)車試驗(yàn)存在較高危險(xiǎn)性,導(dǎo)致極限工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)難以采集,使得液罐汽車罐內(nèi)液體沖擊的研究,多利用數(shù)值模型仿真方法,若能將試驗(yàn)法與數(shù)值模型仿真相結(jié)合,可以更全面分析罐內(nèi)液體沖擊對(duì)液罐汽車行駛穩(wěn)定性的影響。本文搭建了罐內(nèi)液體沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái),更直觀和安全的觀測(cè)液體沖擊現(xiàn)象,總結(jié)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律;運(yùn)用力學(xué)等價(jià)原理和相似理論,建立了等效機(jī)械模型,對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行力學(xué)等效替代,描述了罐內(nèi)液體沖擊線性運(yùn)動(dòng);建立了非線性激勵(lì)下的鐘擺模型,描述了罐內(nèi)液體沖擊非線性運(yùn)動(dòng);通過優(yōu)化算法對(duì)罐內(nèi)液體沖擊影響因素進(jìn)行優(yōu)化,獲得側(cè)傾穩(wěn)定性較好的液罐汽車罐體尺寸;研究罐內(nèi)液體沖擊對(duì)液罐汽車行駛穩(wěn)定性的影響,分別從液體沖擊運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)和液罐汽車側(cè)向加速度極限值兩方面進(jìn)行分析。因此,本文運(yùn)用試驗(yàn)法、等效機(jī)械模型方法、非線性動(dòng)力學(xué)理論、優(yōu)化算法和汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論,對(duì)非滿載液罐汽車罐內(nèi)液體沖擊進(jìn)行描述,最終實(shí)現(xiàn)以試驗(yàn)法和數(shù)值仿真模型相結(jié)合的方法對(duì)液罐汽車行駛穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。論文主要研究工作和成果如下:1.罐內(nèi)液體沖擊的影響因素和運(yùn)動(dòng)特性分析。通過罐內(nèi)液體沖擊現(xiàn)象的分析,搭建罐內(nèi)液體沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行了制動(dòng)和轉(zhuǎn)向兩種過程模擬試驗(yàn),提取了液體沖擊影響因素。試驗(yàn)結(jié)果揭示了,液體沖擊力大小與罐體形狀及尺寸、液體充液比和外部激勵(lì)頻率等因素有關(guān);確定了液體沖擊力較小的罐體截面形狀。2.罐內(nèi)液體沖擊線性模型的構(gòu)建。利用準(zhǔn)靜態(tài)模型,對(duì)罐內(nèi)液體沖擊運(yùn)動(dòng)過程中液體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了求解。利用力學(xué)等價(jià)原理和相似原理,建立了罐內(nèi)液體沖擊等效機(jī)械模型(彈簧-質(zhì)量模型和鐘擺模型)。利用彈簧-質(zhì)量模型,對(duì)五種不同尺寸比例的橢圓形截面罐體進(jìn)行數(shù)值仿真試驗(yàn),得出了具有較好側(cè)向穩(wěn)定性的液罐汽車橢圓形罐體尺寸。小幅振動(dòng)下的罐內(nèi)液體沖擊線性運(yùn)動(dòng),劃分了液體振動(dòng)頻率范圍,進(jìn)行數(shù)值仿真試驗(yàn),對(duì)比瞬時(shí)最大沖擊力數(shù)據(jù),得出了兩種等效機(jī)械模型相適應(yīng)的液體振動(dòng)頻率范圍。3.罐內(nèi)液體沖擊非線性模型的構(gòu)建。運(yùn)用拉格朗日方程,建立非線性激勵(lì)下的鐘擺模型,明確了模型振動(dòng)頻率和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法。非線性模型數(shù)值仿真分析,明確了罐內(nèi)液體非線性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力變化規(guī)律。通過模擬試驗(yàn)臺(tái)采集數(shù)據(jù)與非線性模型進(jìn)行對(duì)比,獲得了罐內(nèi)液體非線性模型的偏差情況,驗(yàn)證了非線性模型描述罐內(nèi)液體非線性運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的準(zhǔn)確性。4.罐內(nèi)液體沖擊影響因素的優(yōu)化。建立了液罐汽車側(cè)向響應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,與液體沖擊等效機(jī)械模型進(jìn)行流固動(dòng)力學(xué)耦合,獲得了液罐汽車流固動(dòng)力學(xué)耦合模型。運(yùn)用優(yōu)化算法對(duì)液罐汽車流固動(dòng)力學(xué)耦合模型進(jìn)行了優(yōu)化,以液體質(zhì)心高度和整車側(cè)傾力矩作為優(yōu)化目的,獲得了橢圓形液罐體最優(yōu)截面尺寸。建立了液罐汽車側(cè)傾極限狀態(tài)模型,確定了側(cè)向加速度ay極限數(shù)值模型。
【關(guān)鍵詞】：液罐汽車 罐內(nèi)液體沖擊 等效機(jī)械模型 非線性模型 改進(jìn)型遺傳算法 液罐汽車行駛穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U469.61
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-21
• 第1章 緒論21-43
• 1.1 研究背景21-24
• 1.2 研究意義24-25
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-38
• 1.3.1 罐內(nèi)液體沖擊現(xiàn)象研究26-33
• 1.3.2 液罐汽車行駛穩(wěn)定性研究33-37
• 1.3.3 罐內(nèi)液體沖擊非線性特性研究37-38
• 1.4 研究啟示38-39
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線39-43
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容39-40
• 1.5.2 技術(shù)路線40-43
• 第2章 罐內(nèi)液體沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái)的建立43-67
• 2.1 罐內(nèi)液體沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)43-51
• 2.1.1 液體沖擊影響因素提取44-46
• 2.1.2 液罐體尺寸設(shè)定46-47
• 2.1.3 罐內(nèi)液體振動(dòng)頻率47-49
• 2.1.4 液體沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái)的搭建49-51
• 2.2 模擬試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)方案51-54
• 2.2.1 罐內(nèi)液體充液比的設(shè)定51-52
• 2.2.2 制動(dòng)過程模擬試驗(yàn)方案52-53
• 2.2.3 轉(zhuǎn)向過程模擬試驗(yàn)方案53-54
• 2.3 模擬試驗(yàn)臺(tái)罐內(nèi)液體沖擊力數(shù)據(jù)分析54-65
• 2.3.1 罐內(nèi)液體與固體的沖擊力對(duì)比分析54-55
• 2.3.2 模擬試驗(yàn)臺(tái)典型試驗(yàn)組沖擊力數(shù)據(jù)分析55-61
• 2.3.3 模擬試驗(yàn)臺(tái)瞬時(shí)最大沖擊力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析61-65
• 2.4 本章小結(jié)65-67
• 第3章 罐內(nèi)液體沖擊線性運(yùn)動(dòng)研究67-93
• 3.1 液體沖擊線性動(dòng)力學(xué)模型的建立67-83
• 3.1.1 準(zhǔn)靜態(tài)法對(duì)罐內(nèi)液體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的求解67-73
• 3.1.2 等效機(jī)械模型對(duì)罐內(nèi)液體沖擊研究73-83
• 3.2 液體沖擊等效機(jī)械模型數(shù)值仿真及分析83-90
• 3.2.1 彈簧-質(zhì)量模型仿真試驗(yàn)83-84
• 3.2.2 鐘擺模型仿真試驗(yàn)84-85
• 3.2.3 兩種等效機(jī)械模型對(duì)比分析85-90
• 3.3 罐內(nèi)液體沖擊等效機(jī)械模型與模擬試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證90-91
• 3.4 本章小結(jié)91-93
• 第4章 罐內(nèi)液體非線性沖擊運(yùn)動(dòng)研究93-107
• 4.1 非線性激勵(lì)下鐘擺模型的建立93-97
• 4.2 非線性鐘擺模型的參數(shù)確定97-100
• 4.2.1 非線性鐘擺模型擺線長(zhǎng)度的確定97-99
• 4.2.2 非線性鐘擺模型沖擊質(zhì)量的確定99-100
• 4.3 罐內(nèi)液體沖擊非線性鐘擺模型數(shù)值仿真分析100-106
• 4.3.1 非線性鐘擺模型仿真試驗(yàn)100-101
• 4.3.2 非線性鐘擺模型與ANSYS Fluent對(duì)比分析101-105
• 4.3.3 非線性鐘擺模型與模擬試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比分析105-106
• 4.4 本章小結(jié)106-107
• 第5章 罐內(nèi)液體沖擊對(duì)液罐汽車行駛穩(wěn)定性影響107-121
• 5.1 液罐汽車流固耦合動(dòng)力學(xué)模型107-111
• 5.1.1 液罐汽車側(cè)向響應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型建立107-110
• 5.1.2 液罐汽車流固耦合動(dòng)力學(xué)模型仿真試驗(yàn)110-111
• 5.2 改進(jìn)型遺傳算法對(duì)液罐汽車側(cè)向穩(wěn)定性模型優(yōu)化111-115
• 5.2.1 遺傳算法簡(jiǎn)介111
• 5.2.2 改進(jìn)型遺傳算法111-113
• 5.2.3 優(yōu)化結(jié)果分析113-114
• 5.2.4 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比114-115
• 5.3 罐內(nèi)液體沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)傾穩(wěn)定性影響115-118
• 5.4 液罐汽車側(cè)傾極限狀態(tài)的確定118-119
• 5.5 本章小結(jié)119-121
• 第6章 總結(jié)與展望121-125
• 6.1 總結(jié)121-122
• 6.2 研究展望122-125
• 參考文獻(xiàn)125-139
• 致謝139-141
• 作者簡(jiǎn)介及攻讀博士期間所取得的科研成果141-142

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