详情

原文传递车载低温绝热气瓶抗振性能研究

论文题名：	车载低温绝热气瓶抗振性能研究
关键词：	液化天然气汽车;车载低温绝热气瓶;抗振性能;结构优化
摘要：	液化天然气汽车以清洁环保、续航里程长等优势被广泛推广。用于盛装液化天然气的车载低温绝热气瓶是液化天然气汽车的关键部件之一。车载低温绝热气瓶采用了高真空多层绝热结构，内胆通过一端固定、一端滑移的支撑结构固定在外壳上。车载气瓶不仅要承受自身的内压载荷，还会随着汽车的颠簸、加减速而振动，振动引起的失效是气瓶最主要的失效形式。目前，车载低温绝热气瓶尚缺乏有效的抗振设计方法，仅通过振动试验来验证气瓶的抗振性能。研究关键结构影响车载低温绝热气瓶抗振性能的内在机理，提出合理的抗振设计方法，对于提高车载低温绝热气瓶安全性具有重要意义。本文在中国特种设备检测研究院“汽车用液化天然气气瓶结构抗振设计分析方法研究”的项目资助下，采用ANSYS软件依次建立了车载低温绝热气瓶的等效静力学和动力学有限元模型，分析了车载低温绝热气瓶抗振性能，并对关键部位进行了结构优化。具体研究内容和结果如下：　　(1)考虑了振动引起的惯性载荷和介质冲击载荷，建立了车载低温绝热气瓶的等效静力有限元模型，分析了气瓶各关键部位应力情况。结果表明:支撑颈管根部、外壳前封头开孔连接处的应力受惯性载荷影响较大，结构优化时必须要考虑振动的影响;真空腔与封头连接的环焊缝、内胆前封头开孔处环焊缝、内胆封头过渡转角区的应力主要是由内压载荷引起，振动引起的惯性载荷对其影响较小。该部分研究结果为气瓶抗振性结构优化提供了依据。　　(2)以传热损失和结构强度为判定标准，对车载低温绝热气瓶颈管支撑结构、颈管长度和外壳前封头开孔连接结构进行优化，结果表明:采用局部减薄的支撑颈管和延伸管组合方式是较好的支撑结构;以颈管长度160mm为基准，长度每增大10％，通过颈管的漏热量以5％～7％的速率降低，而颈管根部应力以9％～20％的速率增加;综合传热损失和强度指标，颈管长度可增至原长的1.2倍，此时漏热量降低13％，强度余量10％;对比了两种外壳前封头开孔连接结构的应力分布情况，采用过渡圆弧连接方式能将该处最大应力位置从焊缝转移至封头部位，能够有效降低焊缝缺陷引发该处疲劳破坏的概率。　　(3)建立了车载低温绝热气瓶模态分析模型，考察了充液比和筒身长度对气瓶共振频率的影响。随着充液比的增加，共振频率逐渐降低，最小共振频率为77.4Hz，仍超过振动试验施加的最大激振频率40Hz，不会引发气瓶共振;但是随着筒身长度的升高，气瓶共振频率将逐渐趋近于振动试验施加的最大激振频率，易引发气瓶共振。　　(4)建立了车载低温绝热气瓶的随机振动分析模型，计算了不同等级路面下车载气瓶所受的激励功率谱密度，分析了不同路面谱激励下车载气瓶的应力分布、位移振幅和最大应力值点的位移、速度和加速度动态响应。在混凝土路面和碎石路面不平度激励下，车载气瓶的动态响应均不会发生突变，最容易发生疲劳破坏的位置位于支撑颈管根部，但均能满足疲劳强度要求，具有良好的抗振性能。由于碎石路面下疲劳强度余量较小，为提高车载低温绝热气瓶的使用安全性，应尽量减少汽车在不平度较差路面的行驶时间。
作者：	周天送
专业：	安全工程
导师：	刘培启
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文