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氢能燃料电池船储氢罐充气过程的应力评定及疲劳分析
| 论文题名： | 氢能燃料电池船储氢罐充气过程的应力评定及疲劳分析 |
| 关键词： | 氢能燃料电池船;储氢罐;充气过程;应力评定;疲劳分析 |
| 摘要： | 近些年来，随着环境恶化及能源枯竭的问题愈发明显，新型能源系统已经成为世界学者研究的热点之一，而最理想的化石能源替代品之一就是氢能源。目前，氢能燃料电池大型化的实现也为氢燃料电池船的研发提供了便利。作为一种高效、清洁的新型能源，氢气也具有诸如易燃易爆等危险特性，一旦发生泄露极易产生爆炸，这也为氢气的运输、存储和安全地使用带来了巨大的挑战。作为存储氢气的载体，氢气储罐必须拥有极高的稳定性、耐久度。因此对氢气储罐的应力评定和寿命预测就显得格外的重要。 本文基于ANSYSWORKBENCH平台使用流-固耦合的方法对某氢能燃料电池船用储氢罐工作过程进行了研究。得出了充气过程中内部热流场影响下储氢罐的边界条件，并对储氢罐进行了应力分析及强度校核。最后基于应力-疲劳方法对储氢罐进行了寿命预测，研究结果如下： (1)分析了不同质量入口对储氢罐内部的速度、温度、压强、密度、充气时间、热交换量等参数的影响，得到了储氢罐充气过程中内部压力以及温度场。 (2)基于第三强度理论对储氢罐进行了应力线性化评定，结合流场分析解释了储氢罐工作过程应力的分布及成因、通过对比得出了储氢罐工作过程中起主要作用的应力类型、对比了不同充气速度下启动过程结束时应力的大小并对机理进行解释。 (3)基于应力疲劳和Miner线性损伤理论对储氢罐进行应力-疲劳分析，按照材料类型和储氢罐加工特性对材料的S-N曲线进行了修正，结合有限元分析得到了储氢罐危险部位的服役年限达到了22年。 (4)考虑船舶摇晃载荷对于储氢罐的影响，分析了摇晃载荷下有无内压情况下储氢罐的应力分布，并对此工况下的储氢罐进行了安全性评定，证明了其在船舶使用的安全性。 |
| 作者： | 姚澄曦 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 丛立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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