单车油罐车作为运输油类物品的专用车,由于其机动性能与通过性能较好,可以轻松应对狭窄的街道和崎岖的山路,多工况路面适应性强。随着各行业对燃油的巨大需求和公路运输业的发展,单车油罐车在众多专用罐车品类中日益受到重视,具有广阔的应用前景。然而在实际工作场景中,单车油罐车遭遇较差路面时,罐内液体容易引起较大的液体晃动冲击力,对罐车结构强度造成威胁,罐车事故时有发生,而且减轻罐车的自重不但可以提高其操纵性,还可以降低运输成本,因此开展单车油罐车的结构强度分析和结构优化研究近年来成为专用车领域内的研究热点。为此,研究结合某型特种专用单车油罐车的结构强度设计和结构优化需求,在考虑路面激励条件下,构建其晃动冲击分析模型和流固耦合分析方法,主要分析正常、转弯、刹车以及不同装载工况条件下的罐内液体晃动冲击力分布及规律,并将其作为动态冲击载荷施加到罐内表面,采用间接流固耦合方法研究单车油罐车静态与动态时的结构强度,并探索副车架和罐体的优化空间,为单车油罐车的设计手段更新与更加贴合实际运行工况设计技术的发展提供一定的理论参考。本文的主要工作内容和结论如下:1.基于流固耦合分析理论,利用ADINA计算单车油罐车不同工况条件下的罐内液体晃动冲击力。为获得准确的液体晃动计算结果,采用国标路面不平度系数和傅里叶逆变换技术获取随机路面载荷谱,在此基础上进行单车油罐车流固耦合分析模型的构建,研究单车油罐车正常、刹车、转弯行驶时的罐内液体晃动冲击力分布规律。结果表明:罐内液体晃动冲击力计算结果与实际行驶时液体晃动情况一致,证明结果的正确性;获得了不同路面激励和装载条件下的液体晃动冲击力分布规律,并研究冲击力在罐车结构强度分析中动态函数加载方法,构建了单车油罐车的结构强度间接流固耦合计算方法,成功实现考虑液体晃动冲击影响罐车结构强度的目的。2.基于有限元静态与瞬态分析理论,结合单车油罐车三维几何模型结构特点和各构件材料属性,基于ANSYS有限元结构分析平台,研究构建了模拟罐车工况的前处理分析技术,完成了考虑液体晃动冲击、路面载荷谱激励和油罐车结构连接特征的单车油罐车结构强度分析模型构建,为单车油罐车的结构强度计算提供了可靠的分析和研究方法,为罐车设计手段更新发展提供较好的参考。3.采用构建的单车油罐车间接流固耦合计算方法,计算获得了静态满载状态、转弯满载状态、制动满载状态、A级路面90km/h满载行驶和C级路面40km/h满载行驶时的静与动态五种工况下的罐车力学性能,并结合设计要求对结构强度进行了分析研究。结果表明:单车油罐车静态与动态工况下,所有构件的最大应力均满足强度要求,并且通过分析单车油罐车的结构强度,发现副车架及罐体的所有零部件不但满足结构强度设计要求,而且局部最大应力水平整体相对材料自身强度极限具有一定的富裕空间。因此,结构强度分析结果也表明,虽然单车油罐车原结构设计结构强度满足要求,但部分结构仍旧存在一定的优化空间,可进一步开展结构优化研究,以进一步提高其操控性和降低设计制造成本。4.针对单车油罐车结构强度研究结果,提出了优化设计对象与方案,对其副车架进行了拓扑优化研究,对其罐体进行了尺寸优化研究。结果表明:副车架拓扑优化后,保留50%材料与保留80%材料时总质量均有下降,分别降低了7.58%和2.43%;罐体尺寸优化后,罐体厚度降低为5mm,对比优化前后的罐体结构强度性能表面,优化后罐体经济性与结构强度均优于原罐体,并且罐体质量变为595kg,降低了16.67%,相对于原罐体减小119kg,进一步提升了其操控性,降低了制造成本。