考慮瓶口開孔削弱的長管拖車氣瓶應力分析
2014-08-14 13:43:42
作者:本站整理來源:=$docheckrep[1]?ReplaceBefrom($ecms_gr[befrom]):$ecms_gr[befrom]?>
鄧貴德*,李 偉+,趙九峰*,孫亮*,胡斌*
*(中國特種設備檢測研究院,北京 100013)+(太原理工大學,太原 030024)
*(中國特種設備檢測研究院,北京 100013)+(太原理工大學,太原 030024)
摘要:長管拖車是一種氣體運輸車輛,近年來被廣泛用于輸送壓縮天然氣、氫氣、氦氣等工業氣體。長管拖車一般裝配有8~11只大容積鋼制無縫氣瓶,氣瓶通過配管和閥門連通在一起共同輸送壓縮氣體,氣瓶兩端瓶口通過外螺紋與法蘭螺紋連接,法蘭通過螺栓固定在支撐框架上,支撐框架又與拖車底座相連,從而將氣瓶固定于拖車之上。在工作過程中長管拖車氣瓶通常會受到內壓、自重載荷,以及拖車行駛過程中啟動、加速、制動等產生的運動慣性力載荷。此外,由于受大容積氣瓶彎曲度、不圓度的影響,氣瓶還可能承受因偏離靜平衡位置產生的扭轉載荷作用。為了防止氣瓶在扭轉載荷作用下發生轉動影響管路和閥門安全,部分生產廠家采用了在氣瓶瓶口外壁開銷孔、裝銷釘的方式固定氣瓶。由于瓶口開孔的存在,這種固定方式可能會削弱氣瓶強度,因而有必要分析氣瓶瓶口開孔等對長管拖車氣瓶結構應力的影響。
本文基于有限元軟件ANSYS Workbench,建立了帶瓶口銷孔、固定銷釘、支撐框架的長管拖車氣瓶三維計算模型,進行了內壓、自重、扭矩、運動慣性力等多種載荷作用下的長管拖車氣瓶應力分析。研究結果表明:由于開孔削弱和應力集中的影響,內壓載荷下瓶口開孔區域的應力普遍大于鄰近區域,但與氣瓶筒體應力相比仍處于低應力水平;運動方向的慣性力載荷主要由瓶口和法蘭聯接上近瓶肩處的局部區域承擔,在遠離該區域內的瓶口上開銷孔不會明顯影響氣瓶承受運動方向慣性載荷的能力;在內壓、自重、扭矩以及垂直于運動方向慣性力載荷等多種載荷共同作用下,氣瓶瓶口銷孔區域應力顯著增大,最大可達瓶體最大應力的94.3%,不過最大應力仍然出現于氣瓶筒體內壁面。盡管瓶口的開孔確實削弱了長管拖車氣瓶瓶口強度,但是削弱后的氣瓶瓶口強度仍然高于氣瓶瓶體強度,因而部分生產廠家采用的這種在氣瓶瓶口外壁開銷孔、裝銷釘氣瓶固定方式不會影響長管拖車氣瓶的整體強度。
關鍵詞:氣瓶,長管拖車,運動慣性力,應力分析,有限元
聯系方式
鄧貴德:dengguide@csei.org.cn
本文基于有限元軟件ANSYS Workbench,建立了帶瓶口銷孔、固定銷釘、支撐框架的長管拖車氣瓶三維計算模型,進行了內壓、自重、扭矩、運動慣性力等多種載荷作用下的長管拖車氣瓶應力分析。研究結果表明:由于開孔削弱和應力集中的影響,內壓載荷下瓶口開孔區域的應力普遍大于鄰近區域,但與氣瓶筒體應力相比仍處于低應力水平;運動方向的慣性力載荷主要由瓶口和法蘭聯接上近瓶肩處的局部區域承擔,在遠離該區域內的瓶口上開銷孔不會明顯影響氣瓶承受運動方向慣性載荷的能力;在內壓、自重、扭矩以及垂直于運動方向慣性力載荷等多種載荷共同作用下,氣瓶瓶口銷孔區域應力顯著增大,最大可達瓶體最大應力的94.3%,不過最大應力仍然出現于氣瓶筒體內壁面。盡管瓶口的開孔確實削弱了長管拖車氣瓶瓶口強度,但是削弱后的氣瓶瓶口強度仍然高于氣瓶瓶體強度,因而部分生產廠家采用的這種在氣瓶瓶口外壁開銷孔、裝銷釘氣瓶固定方式不會影響長管拖車氣瓶的整體強度。
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責任編輯:趙澤南
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