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        新聞資訊

        高壓儲氣罐的有限元應力分析
        1 引言
        儲氣罐用以儲存壓縮氣體,保證在正?;驊鼻闆r下,提供足量的氣體。儲氣罐具有建造結構簡單、使用壽命長、對環境污染少、造價低等優點,隨著工業生產的發展,儲氣罐在我國的應用越來越廣泛。為了提高儲氣罐的儲存效率,人們總是盡可能提高儲氣罐內氣體的壓力和容積,因此對高壓儲氣罐的結構進行全面的計算分析,為設計提供理論依據,具有重要的理論意義和工程實用價值。首先建立了儲氣罐的三維模型,然后分別按照薄殼理論和有限元方法對儲氣罐罐體結構的應力和變形進行了靜力計算,并對計算結果比較,根據比較結果對罐體的構件截面尺寸提出了適當調整方案,優化了罐體的結構。
        2 高壓儲氣罐三維模型
        儲氣罐是一種鋼制的壓力容器,有球形和圓筒形兩種。圓筒形儲氣罐因其便于安裝設置,所以被普遍采用。儲氣罐結構比較簡單,如圖1 所示。包括進氣口、排氣口、安全閥和壓力表等。隨著高壓高容積儲氣罐的出現,最高儲存氣體壓力達到4.5MPa,最大儲存容積達到600m3 以上。
        3 高壓罐受力分析與理論計算
        傳統的高壓儲油罐設計是利用薄殼理論計算。但是由于目前儲氣罐設計沒有可供依據的設計規范,設計人員往往采用經驗、類比方法進行設計計算,使得儲氣罐的設計存在一些問題。高壓氣體造成泄露事例,材料是否浪費的問題無法控制。當圓筒形儲氣罐的壁厚δ 遠小于它的內直徑D 時,稱為薄壁圓筒。
        4 高壓儲氣罐的有限元分析
        4.1 有限元分析前處理
        高壓儲氣罐的有限元計算分析是利用MSC.Marc 軟件進行的。有限元分析的前處理包括網格劃分、加載方式、邊界約束條件、材料參數等。有限元模型網格劃分得當與否直接影響計算速度和計算精度。由于儲氣罐具有軸對稱的特點,在不影響精度的前提下,為了減少計算量,按軸對稱方法,對其進行研究,這樣能減小模型規模,節約計算時間。
        4.2 有限元結果分析
        有限元分析結果能夠以圖形的方式直觀顯示,使人一目了然,了解結構那個部分受力較大,因此可以依據結果改進儲氣罐的結構。儲氣罐軸對稱模型軸向應力圖,如圖4 所示。從圖中可以看到,軸向最大應力為125MPa,發生在內壁一側。
        5 結論
        (1)利用薄殼理論計算的軸向應力與切向應力值與有限元分析的結果基本一致,說明儲氣罐設計參數應依據這些因素考慮。
        (2)Von Mises 應力理論計算結果數值與有限元結果相差8%。安全系數[n]= 470251 =1.87,符合結構安全要求。(3)儲氣罐厚度為30,可以滿足強度要求,這樣儲氣罐重量大概為25t,不但節約了材料,而且對于普通汽車的運輸還是可以承受的。
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