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原文传递两种车载低温绝热气瓶抗振性能研究

论文题名：	两种车载低温绝热气瓶抗振性能研究
关键词：	车载低温绝热气瓶;力学性能;静力学分析;模态分析;随机振动
摘要：	车载低温绝热气瓶在使用中会随着行驶路面不平度影响而发生没有规律的随机振动，这种随机振动会导致气瓶萌生裂纹，影响气瓶的疲劳寿命。本文利用数值模拟结合重卡路谱的测试实验，对1000升大容积圆柱型气瓶以及提出的新型扁长型气瓶力学性能进行静力学分析，模态分析以及随机振动分析，得到一些结论可为随机振动条件下车载低温绝热气瓶的设计提供参考。本文主要的研究内容和结果及结论如下：　　（1）研究两种结构气瓶在工作条件下的应力分布及传热性能，得到结论为：圆柱型气瓶的最大应力发生在支撑颈管与内前封头连接处，且在内前封头上存在较大的应力，而扁长型气瓶的最大应力发生在径向支撑管上，由于扁长型气瓶的形状及壁厚原因，其内胆上的应力分布不均匀，但应力小于圆柱型气瓶；两气瓶的温度场分布相似，主要漏热区域均为支撑颈管处，漏热量较小，满足气瓶静态日蒸发率要求。　　（2）通过对两种结构气瓶在不同振动加速度下的动力学分析，研究两种结构气瓶各危险位置的应力变化规律，得到结论为：圆柱型气瓶和扁长型气瓶的危险部位主要有外支撑颈管与内前封头连接处、外前封头与集管头的连接处以及支撑颈管弯角过渡处，圆柱型气瓶各危险位置的应力随振动加速度变化较小，但扁长型气瓶的危险位置的应力随振动加速度的增大而显著增大。　　（3）通过对两种结构气瓶的外支撑颈管与内前封头连接处、支撑颈管弯角过渡处预埋一定深度的裂纹缺陷，在发生裂纹的基础上，对两气瓶施加0~5g的振动加速度，研究两气瓶应力强度因子的变化规律，主要结论为：在外支撑颈管与内前封头连接处，扁长型气瓶的应力强度因子大于圆柱型气瓶，当裂纹深度增加时，应力强度因子逐渐增大。在支撑颈管弯角过渡处，圆柱型气瓶的应力强度因子大于扁长型气瓶，且随着裂纹深度的增加而增大。两气瓶应力强度因子随振动加速度的增大而迅速增大，其中扁长型气瓶的应力强度因子增大程度大于圆柱型气瓶。　　（4）通过对两气瓶进行模态分析，研究不同充液比和不同长度下的固有频率变化，得出结论为：随着充液比的增大，固有频率随之减小，其中高阶固有频率变化更加明显；随着筒体长度的增长，各阶固有频率随之减小，扁长型气瓶由于整体质量较大，固有频率变化较小，更加稳定一些。在模态分析的基础上，对两气瓶进行谐响应分析，得到低阶固有频率引起的位移响应大于高阶响应，两气瓶最大共振的位移响的幅值基本相同。　　（5）通过采集重型卡车行驶在C级路面上的路谱信息，经过处理得到位移功率谱，结合在期望疲劳寿命下各应力区间的应力循环次数，根据随机振动分析中提取的1σ应力，采用三区应力法分别计算两气瓶的疲劳损伤系数，对比两种结构气瓶的抗振性能，得到结论为：两气瓶的最大1σ应力均发生在支撑颈管的弯角过渡处，且扁长型气瓶的1σ应力较大，分别计算两气瓶1σ应力区间、2σ应力区间以及3σ应力区间内的疲劳损伤系数，线性累积求和得到两气瓶的累积疲劳损伤系数均小于1，满足期望疲劳寿命要求，其中圆柱型气瓶的疲劳强度余量大于扁长型气瓶。
作者：	李伟
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：	2018
正文语种：	中文