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罐式集装箱的强度分析和液体晃动模拟

作　者: 郎爽
导　师: 钱才富
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 罐式集装箱惯性力加载液体晃动有限元分析应力强度
分类号: TH247
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着世界贸易的迅速发展,运输业越来越显现出其重要性。由于具有单次承载能力强、运输成本低的优点,集装箱运输逐渐成为国内外大型企业的首选运输方式。集装箱作为运输的主要载体,其合理设计和安全操作成为决定运输成败的关键因素。因此,深入分析和研究集装箱在运输过程中的实际状态,进而对集装箱结构进行优化设计就显得非常必要。罐式集装箱是集装箱中最具代表性的一种,罐体属于第三类压力容器,在运行时不仅要承受内压或外压载荷,还将受到其本身的惯性力作用以及罐内液态介质晃动所带来的冲击力。本论文以有限元为手段,研究罐式集装箱的强度和罐体中介质的晃动。论文采用有限元分析软件ansys建立了罐式集装箱的有限元分析模型,将罐体在运输过程中受到的介质惯性力等效为罐体所受静载荷,对在常温及-40℃下受四种不同工况作用的罐式集装箱进行应力分析,并依据压力容器分析设计标准进行强度校核,结果表明,本论文所分析的罐式集装箱所有强度条件都能满足,同时也发现罐式集装箱罐体的应力强度主要由内压决定,框架的应力强度则是由惯性力的大小和方向决定的结论。为研究罐式集装箱在运输过程中的颠簸问题,论文应用流体分析软件Fluent对罐式集装箱在运输过程中出现向上颠簸时罐内介质的晃动进行了模拟,得到了晃动过程中液体的分布情况,同时给出了罐体内的压强分布及罐体受到的冲击力,为罐式集装箱的优化设计和安全运行提供了一定的参考。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-23
  1.1 课题来源  15
  1.2 研究本课题的目的和意义  15
  1.3 集装箱的定义和分类  15-19
    1.3.1 集装箱的定义  15-16
    1.3.2 集装箱的分类  16-19
  1.4 集装箱运输的发展和现状  19-21
    1.4.1 集装箱运输的概念  19-20
    1.4.2 集装箱运输的发展  20-21
  1.5 本课题的研究内容  21-23
第二章罐式集装箱的有限元分析  23-53
  2.1 有限元法概述  23-26
    2.1.1 有限元法的发展及基本思想  23-24
    2.1.2 有限元法的基本步骤  24-25
    2.1.3 有限元法的工程应用  25-26
  2.2 ANSYS软件简介  26-28
    2.2.1 ANSYS的发展历史  26
    2.2.2 ANSYS软件的组成  26-27
    2.2.3 ANSYS软件的基本功能  27-28
  2.3 罐式集装箱的设计参数和载荷工况  28-29
    2.3.1 设计参数  28
    2.3.2 四种惯性力  28-29
  2.4 罐式集装箱有限元模型的建立  29-34
    2.4.1 一些结构简化  29
    2.4.2 罐式集装箱有限元模型的建立  29-31
    2.4.3 载荷和约束  31-34
  2.5 常温环境下罐式集装箱有限元计算结果及强度校核  34-48
    2.5.1 强度校核的依据  34-35
    2.5.2 材料的设计应力强度  35
    2.5.3 强度校核  35-40
    2.5.4 应力强度分布云图  40-48
  2.6 -40℃低温环境下罐式集装箱有限元计算结果及强度校核  48-52
    2.6.1 强度校核  48-50
    2.6.2 应力强度分布云图  50-52
  2.7 本章小结  52-53
第三章罐式集装箱中液体晃动模拟  53-69
  3.1 流体力学基本概念  53-56
    3.1.1 流体运动的分类  53
    3.1.2 描写流体运动的两种方法  53
    3.1.3 流体多维流动基本控制方程  53-56
  3.2 数值模拟方法  56-57
  3.3 流体计算软件Fluent简介  57-58
    3.3.1 Fluent的前置模块——Gambit  57-58
    3.3.2 Fluent简介  58
  3.4 液体晃动的数值模拟  58-61
    3.4.1 流体域网格模型  58-59
    3.4.2 VOF方法  59-60
    3.4.3 设置求解器、流体属性及边界条件  60-61
  3.5 模拟结果  61-68
    3.5.1 液面晃动过程  61-64
    3.5.2 晃动过程中液体压强分布  64-68
    3.5.3 罐体受到的冲击力  68
  3.6 本章小结  68-69
第四章结论与展望  69-71
参考文献  71-73
致谢  73-75
研究成果及发表的学术论文  75-77
作者和导师简介  77-78
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  78-79

罐式集装箱的强度分析和液体晃动模拟

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