高壓儲(chǔ)氣罐的有限元應(yīng)力分析
作者:admin 發(fā)布時(shí)間:2020-08-12 15:26:09點(diǎn)擊:1155
1,、介紹
儲(chǔ)氣罐用于儲(chǔ)存壓縮氣體,,在正?;蚓o急情況下提供足夠的氣體,。氣罐結(jié)構(gòu)簡單,,使用壽命長,,對(duì)環(huán)境污染少,,成本低,。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,油箱在我國的應(yīng)用越來越廣泛,。為了提高儲(chǔ)氣罐的儲(chǔ)存效率,,人們總是試圖提高儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體的壓力和體積。因此,,對(duì)高壓氣罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的計(jì)算分析,,為設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),,具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。首先建立了儲(chǔ)氣罐的三維模型,,然后根據(jù)薄殼理論和有限元法計(jì)算了儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力和變形,,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。根據(jù)比較結(jié)果,,提出了罐體截面尺寸的適當(dāng)調(diào)整方案,,并對(duì)罐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
2,、高壓儲(chǔ)氣罐三維模型
儲(chǔ)氣罐是一種鋼制壓力容器,,有球形和圓柱形兩種。圓柱形儲(chǔ)氣罐由于安裝方便而得到廣泛應(yīng)用,。氣罐的結(jié)構(gòu)比較簡單,,如圖1所示。它包括進(jìn)氣口,、排氣口,、安全閥和壓力表。隨著高壓大容量儲(chǔ)氣罐的出現(xiàn),,最大儲(chǔ)氣壓力達(dá)到4.5MPa,,最大儲(chǔ)氣量達(dá)到600m3以上。
3,、高壓儲(chǔ)罐的應(yīng)力分析和理論計(jì)算
傳統(tǒng)的高壓油罐設(shè)計(jì)是基于薄殼理論進(jìn)行的,。然而,由于儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)沒有規(guī)范,,設(shè)計(jì)人員往往采用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,,這使得儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)存在一些問題。高壓氣體泄漏情況下,,是否物料浪費(fèi)無法控制,。當(dāng)圓柱形氣罐的壁厚差遠(yuǎn)小于其內(nèi)徑D時(shí),稱為薄壁圓筒,。
4,、高壓儲(chǔ)氣罐的有限元分析
4.1有限元分析預(yù)處理
采用MSC對(duì)高壓儲(chǔ)氣罐進(jìn)行了有限元計(jì)算和分析。Marc軟件,。有限元分析的預(yù)處理包括網(wǎng)格劃分,、加載模式、邊界約束,、材料參數(shù)等,。有限元模型的網(wǎng)格劃分直接影響計(jì)算速度和精度。由于儲(chǔ)氣罐的軸對(duì)稱特性,,為了在不影響精度的前提下減少計(jì)算量,,采用軸對(duì)稱方法對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行研究,,可以減小模型規(guī)模,節(jié)省計(jì)算時(shí)間,。
4.2有限元分析
有限元分析結(jié)果可以直接以圖形的形式顯示出來,,使結(jié)構(gòu)的重應(yīng)力部分一目了然。因此,,可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),。氣柜軸對(duì)稱模型的軸向應(yīng)力圖如圖4所示。從圖中可以看出,,最大軸向應(yīng)力為125mpa,,發(fā)生在內(nèi)壁一側(cè)。
5,、結(jié)論
(1)采用薄殼理論計(jì)算得到的軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力值與有限元分析結(jié)果基本一致,,說明儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)根據(jù)這些因素進(jìn)行考慮。
(2)馮·米塞斯應(yīng)力理論計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果相差8%,。安全系數(shù)[n] = 470251 = 1.87,,滿足結(jié)構(gòu)安全要求。(3)儲(chǔ)氣罐厚度為30,,可以滿足強(qiáng)度要求,。儲(chǔ)氣罐的重量約為25噸,既節(jié)省了材料,,又能承受普通車輛的運(yùn)輸,。