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长管拖车天然气瓶强度与疲劳寿命分析

宋伯龙  
【摘要】:随着世界能源消耗的急剧增加和环境问题的日益严峻,天然气在总能源消耗中所占的比例越来越大。天然气长距离运输以管道为主,但在天然气的短距离运输中,铺设管道投资巨大,更适合采用车辆运输。长管拖车是一种方便、快捷的短距离天然气运输方式,得到了广泛的应用。本课题针对长管拖车高压天然气瓶进行静强度、惯性载荷分析,并在此基础上开展疲劳寿命研究,具有一定的工程意义。以目前广泛采用的长管拖车天然气瓶为模型,采用有限元软件ANSYS分别对内压、内压与重力联合作用下长管拖车天然气瓶进行了静强度的分析,分析结果表明,长管拖车在内压和重力作用下,瓶身主体部分应力水平较低,远小于材料的屈服极限;气瓶缩口与法兰连接处具有较大的应力集中,但总体应力水平低于材料的屈服极限,满足强度的要求。通过对道路运输条件下的惯性载荷进行分析,设定三个方向的加速度进行动力学分析,分析结果表明,天然气瓶的应力水平与三个方向加速度的合成量具有近似线性关系,合成量的大小直接影响气瓶的应力水平。在惯性载荷作用下,气瓶的最大应力超过了材料屈服极限,存在疲劳失效风险。采用ANSYS软件对气瓶进行了模态分析,得到了其前6阶的自振频率,并根据自振频率计算得到了长管拖车的合理运行速度应该小于120km/h;对内压波动影响下的气瓶进行疲劳寿命的进行分析,分析结果表明,虽然气瓶大部分区域不满足无限寿命的要求,但其疲劳寿命能够满足工作要求;通过对惯性载荷作用下的气瓶疲劳寿命进行分析,结果表明,应该将垂直于轴向的加速度控制在18m/s2以内,以防止气瓶发生疲劳破坏。


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