液罐汽车在液体危险品运输中被广泛使用,与此同时,液罐汽车在运输中发生交通安全问题不断增多。特别是在紧急制动、高速弯道行驶或紧急避让过程中,非满载液罐汽车罐内液体发生较大晃动,可能造成液罐汽车交通事故,甚至发生单车侧翻,引起火灾、爆炸、环境污染和人员大规模中毒等严重后果。由于液罐汽车实车试验存在较高危险性,导致极限工况下的试验数据难以采集,使得液罐汽车罐内液体冲击的研究,多利用数值模型仿真方法,若能将试验法与数值模型仿真相结合,可以更全面分析罐内液体冲击对液罐汽车行驶稳定性的影响。本文搭建了罐内液体冲击模拟试验台,更直观和安全的观测液体冲击现象,总结其运动规律;运用力学等价原理和相似理论,建立了等效机械模型,对流体运动进行力学等效替代,描述了罐内液体冲击线性运动;建立了非线性激励下的钟摆模型,描述了罐内液体冲击非线性运动;通过优化算法对罐内液体冲击影响因素进行优化,获得侧倾稳定性较好的液罐汽车罐体尺寸;研究罐内液体冲击对液罐汽车行驶稳定性的影响,分别从液体冲击运动相关参数和液罐汽车侧向加速度极限值两方面进行分析。因此,本文运用试验法、等效机械模型方法、非线性动力学理论、优化算法和汽车系统动力学理论,对非满载液罐汽车罐内液体冲击进行描述,最终实现以试验法和数值仿真模型相结合的方法对液罐汽车行驶稳定性进行研究分析。论文主要研究工作和成果如下:1.罐内液体冲击的影响因素和运动特性分析。通过罐内液体冲击现象的分析,搭建罐内液体冲击模拟试验台,进行了制动和转向两种过程模拟试验,提取了液体冲击影响因素。试验结果揭示了,液体冲击力大小与罐体形状及尺寸、液体充液比和外部激励频率等因素有关;确定了液体冲击力较小的罐体截面形状。2.罐内液体冲击线性模型的构建。利用准静态模型,对罐内液体冲击运动过程中液体质心运动轨迹进行了求解。利用力学等价原理和相似原理,建立了罐内液体冲击等效机械模型(弹簧-质量模型和钟摆模型)。利用弹簧-质量模型,对五种不同尺寸比例的椭圆形截面罐体进行数值仿真试验,得出了具有较好侧向稳定性的液罐汽车椭圆形罐体尺寸。小幅振动下的罐内液体冲击线性运动,划分了液体振动频率范围,进行数值仿真试验,对比瞬时最大冲击力数据,得出了两种等效机械模型相适应的液体振动频率范围。3.罐内液体冲击非线性模型的构建。运用拉格朗日方程,建立非线性激励下的钟摆模型,明确了模型振动频率和相关参数的计算方法。非线性模型数值仿真分析,明确了罐内液体非线性运动产生的冲击力变化规律。通过模拟试验台采集数据与非线性模型进行对比,获得了罐内液体非线性模型的偏差情况,验证了非线性模型描述罐内液体非线性运动现象的准确性。4.罐内液体冲击影响因素的优化。建立了液罐汽车侧向响应动力学模型,与液体冲击等效机械模型进行流固动力学耦合,获得了液罐汽车流固动力学耦合模型。运用优化算法对液罐汽车流固动力学耦合模型进行了优化,以液体质心高度和整车侧倾力矩作为优化目的,获得了椭圆形液罐体最优截面尺寸。建立了液罐汽车侧倾极限状态模型,确定了侧向加速度ay极限数值模型。