[发明专利]车载金属油罐内部油料晃动数值模型的建立方法

摘要

本发明公开了一种车载金属油罐内部油料晃动数值模型的建立方法，包括油料晃动基本方程的建立，油料晃动的边界条件的确定，固体结构区域受力分析等步骤。运用VOF法和动坐标系建立了车载金属油罐内部油料晃动三维仿真模型，罐体、内部介质及防波板均采用实际尺寸建立三维模型，并可以实现到固体罐壁区域受力、变形的耦合分析。将罐车制动过程中制动减速度变化所对应的惯性力函数，加载到动量方程中求解，既节约了计算时间，又保证了较高的精度。本发明主要可以用于研究改善越野金属油罐车紧急转弯时的侧翻稳定性和紧急制动时罐体的结构强度。

主权项

车载金属油罐内部油料晃动数值模型的建立方法，包括以下步骤：(1)建立油料晃动基本方程建立固定于大地上的固定坐标系x0,y0,z0，和以油罐中心为坐标原点与油罐一起运动的运动坐标系x,y,z；建立随罐体运动的运动坐标系x,y,z下罐内液体的运动控制方程为：连续性方程动量方程流体体积分数输运方程式中ρ为流体密度，为固定坐标系x0,y0,z0下流体的绝对速度；为单位质量上的流体质量力函数；μ为流体动力学粘性系数；表示在运动坐标系下的流体速度矢量；C为流体体积分数；为矢量算子，为单位质量流体表面力，为运动坐标系下的流体速度变化矢量，为单位质量的惯性力：为运动坐标系的旋转角速度矢量；为运动坐标系原点到所研究的液体微团k的矢径，为运动坐标系相对固定坐标系的平动加速度；为运动坐标系相对固定坐标系的转动加速度，即(2)确定油料晃动的边界条件油料边界包括两个部分，一部分是油料与油罐交界的固壁Ωg，另一部分是油料与空气交界的自由表面Ωf；其中在油罐壁上油料的流体速度满足：式中，为罐体在运动坐标系下相对于运动坐标系坐标原点运动的速度，忽略油罐罐壁的变形量，则油料与空气交界的自由表面Ωf的表面应力条件为：在Ωf上p-2μ∂vn∂n=p0]]>式中，p0为液体表面大气压力；vn为垂直于液体自由表面的法向速度，以流体域外法线方向为正；vτ为切向速度；p为流体表面力；μ为流体动力学粘性系数；τ为剪应力；n为垂直于液面的单位矢量；(3)固体结构区域受力根据油料晃动基本方程和油料晃动的边界条件求解出罐内液体晃动冲击力后，把它加载到油罐罐壁上进行结构强度的计算，通过平衡微分方程、几何方程及本构方程在固体网格区域进行有限元法求解，得到油罐罐体的应力、应变、位移参数。