【摘 要】
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机场消防车作为特种救援装备,在消防救援中十分重要。一方面,在发生碰撞时,消防车乘员室骨架发生变形,危机乘员室内人员安全;另一方面,机场消防车的水罐罐体在紧急制动工况下罐体内发生液体晃动,此时液体冲击力对于罐体结构的作用比匀速行驶过程中压力产生的作用在瞬间增大几倍甚至十几倍,罐体结构发生变形,变形后的罐体是否会与相距较近的乘员室骨架发生干涉及破坏成为现阶段亟待解决的问题。本文结合有限元仿真技术,对乘
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机场消防车作为特种救援装备,在消防救援中十分重要。一方面,在发生碰撞时,消防车乘员室骨架发生变形,危机乘员室内人员安全;另一方面,机场消防车的水罐罐体在紧急制动工况下罐体内发生液体晃动,此时液体冲击力对于罐体结构的作用比匀速行驶过程中压力产生的作用在瞬间增大几倍甚至十几倍,罐体结构发生变形,变形后的罐体是否会与相距较近的乘员室骨架发生干涉及破坏成为现阶段亟待解决的问题。本文结合有限元仿真技术,对乘员室骨架以及罐体结构进行力学性能分析,探究在发生碰撞或紧急制动过程中消防车整车及其结构的安全性,对分析结果进行评价并给出优化解决方案,本文主要研究内容如下:（1）乘员室骨架静力学分析。首先针对乘员室骨架结构模型进行初步有限元模型建立,分析乘员室骨架结构在静力学作用下的结构变化,然后为探究消防车乘员室骨架结构在工作工程中是否会与发动机产生的激励形成共振,研究乘员室骨架结构的固有频率,同时计算出发动机激励频率,判断共振对于结构的影响,并确保骨架结构稳定性。（2）乘员室骨架结构动力学分析。利用多种单元构建乘员室骨架有限元模型,参考商用车碰撞标准,利用动力学知识求解乘员室骨架在正面碰撞、A柱碰撞和侧翻连续碰撞下的碰撞问题,碰撞后结构强度满足标准,得出骨架可能危及罐体结构的变形大小为49.1mm,接下来对罐体进行力学分析即可探究两种结构在变形上是否相互干涉。（3）罐体防浪板力学性能分析。对罐体结构和防浪板结构进行力学分析,从静压、模态、液体晃动三个方面对罐体及防浪板结构进行分析。在0.021MPa下罐体无明显变形,符合设计标准;模态分析中固有频率都小于发动机激励频率;紧急制动工况下,罐体前封板变形量为5.88mm,两种结构变形总量为54.98mm,小于间隔323mm。但是发现在过载工况下罐体纵向防浪板与前封板焊接处最大应力为178.62MPa,大于安全许用应力166MPa,罐体有安全隐患,需对防浪板进行优化设计。（4）罐体防浪板结构优化。针对罐体防浪板在过载工况下出现局部结构强度较低的问题,对罐体防浪板基于参数敏感性筛选的响应面进行优化设计。对防浪板结构尺寸相关参数进行相关性分析,通过敏感性筛选得出主要参数,通过OSF试验设计方法构建近似响应面模型,最后进行遗传算法进行优化求解,得出防浪板结构最优解,并对优化后的罐体进行实验验证。
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