車載LNG 氣瓶框架結構的拓撲優化設計

趙 杰，邵湛惟，李兆亭，陳清利

（1．北京石油化工學院機械工程學院，北京 102617；2．北京化工大學機械工程學院，北京 100029；3．北京明暉天海氣體儲運裝備銷售公司，101112）

1 引言

液化天然氣（LNG）與氣態天然氣相比，具有儲存壓力低，安全可靠，體積小，雜質少，能量密度大等優點[1]。因此可作為優質的車用燃料，在減少大氣污染和促進可持續發展中發揮著重要作用。車載LNG 氣瓶因使用條件的特殊性，受力情況隨道路運輸工況的變化而變化，對于自身慣性大的重載卡車，要保證其車載LNG氣瓶及與相連的管件閥門等附件的長期安全穩定運行，要求其車載氣瓶支撐框架滿足強度和穩定性要求。重載卡車的車載氣瓶框架重量太重，將犧牲長途重載卡車的運輸量，根據資料顯示，若汽車及組件質量減輕10%，則車輛油耗相應的降低（5～8）%，明顯降低了運輸成本[2]。因此，對其配套的車載氣瓶支撐框架在復雜路況運行時的穩定性和輕量化的研究就顯得尤為重要。

減輕框架類結構的質量一般有兩種途徑：一是從材料角度入手，使用輕質材料，例如：采用高強度的鋼材料或鎂鋁合金材料。二是從結構角度入手，通過有限元分析和優化設計法對現有框架結構進行結構優化和改造，在保證強度要求和穩定性的前提下減輕其質量。目前輕量化主要依靠結構角度或二者相結合的方法實現的，文獻[3]將拓撲優化應用于起重機吊臂的整體設計中，首先利用有限元分析確定吊臂載荷約束情況，通過多次迭達得到理想的新結構?！?br>