长管拖车气瓶瓶口应力分析报告

《长管拖车气瓶瓶口应力分析报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、长管拖车气瓶瓶口应力分析报告作者：赵九峰赵九峰：河南平顶山人，09年大连理工大学工程机械硕士毕业，CAD/CAE工程师，仿真论坛AnsysWB版主；主要从事特种设备（压力容器、游乐设备）设计、计算、有限元仿真，撰写计算说明书、申报鉴定文件，并对游乐设备设计、制造、申报鉴定流程提供指导。1.掌握三维Solidworks的应用技能，熟练应用Solidworks的钣金模块、焊件模块和工程图模块；2.熟练使用ANSYS、Workbench等做机械相关领域的结构计算和仿真分析；3.掌握LS_DYNA的冲击分析和ADAMS的动力学分析；4.熟练使用ICEM前处理软件，勾画

2、出任意结构的六面体网格。九峰CAD/CAE工作室2015年07月目录1概述12工作依据23长管拖车气瓶载荷特性分析24主要计算内容55计算模型简化说明66材料模型和参数77内压载荷作用下瓶口开孔削弱分析78内压载荷和运动方向惯性力载荷共同作用下瓶口开孔削弱分析109扭转载荷单独作用下瓶口应力分析1410内压载荷、扭转载荷和自重载荷共同作用下瓶口应力分析1711内压载荷、扭转载荷和垂直于运动方向惯性力载荷共同作用下瓶口应力分析1912结论22赵九峰作品1概述长管拖车是一种气体运输装备，它将若干个大容积气瓶组装在汽车拖车底盘上的框架之中，并将气瓶头部连通在一起用于

3、输送压缩气体，在工业、能源和物流等领域应用日益广泛。经过近二十年的发展，目前我国已经成为世界上最大的长管拖车生产国和使用国。九峰装备是一家制造化工、炼油设备及专用车的专业企业，主要生产天然气相关设备，其中用于输送压缩天然气的长管拖车是该公司的主力产品之一。2008年该公司生产了一批长管拖车，所用大容积气瓶主要参数为：充装介质CNG、公称工作压力20MPa、公称直径559mm、公称容积2250L、瓶体材料4130X、设计壁厚16.5mm，瓶口外螺纹规格4.5-8UN-2A、内螺纹规格3.25-8UN-2B。为了防止气瓶在使用过程中发生转动，组装制造时该公司采用了

4、业内常用的开孔装销钉的方式，在气瓶两端的瓶口上沿圆周均匀开设了4个定位销孔，并装入了定位销，定位销的尾部上半部分与法兰之间点焊连接。销孔的轴线与气瓶轴线夹角≤30°，销孔长度不超过15mm、开孔直径不大于10mm。该型气瓶的瓶口结构如图1所示。图1气瓶瓶口结构示意图受九峰装备（甲方）的委托，CAD/CAE工作室对甲方上述长管拖车气瓶瓶口进行应力分析。根据双方签订的合同，乙方第23页共23页赵九峰作品综合考虑瓶口开孔削弱对气瓶强度的影响，按照最大开孔尺寸和最大开孔夹角的最危险情况建立有限元分析模型并计算分析，施加的载荷包括内压载荷、气瓶自重载荷、惯性力载荷及扭转

5、载荷等。1工作依据（1）双方签订的合同；（2）甲方提供的气瓶图纸和资料。2长管拖车气瓶载荷特性分析长管拖车气瓶在使用过程中承受的载荷通常有内压工作载荷、气瓶自重载荷、汽车运动过程中可能产生的惯性力载荷等。根据甲方所提供的资料，该型气瓶公称工作压力为20MPa，则气瓶内压工作载荷≤20MPa；充气瓶重量载荷可以通过在垂直方向施加1倍重力加速度实现；汽车运动过程中可能产生的惯性力载荷可参照TSGR0005-2011《移动式压力容器安全技术监察规程》的规定，按照2倍最大重量转换为等效静态力。除上述载荷外，气瓶还可能承受扭转载荷。由于受到瓶体弯曲度、不圆度等因素影响，

6、长管拖车气瓶通常都不是理想的旋转对称结构。一般在气瓶安装之前，需要对其进行静平衡位置测试，并按静平衡位置安装以消除扭转载荷。如果制造时未按照气瓶的静平衡位置安装，或者在运行过程中因振动等原因气瓶偏离安装设置的静平衡位置，那么由于瓶体所受重力相对于安装轴线的力矩不为零，气瓶将受到重力力矩这一扭转载荷作用。根据甲方资料，该型气瓶弯曲度≤0.3%；根据气瓶制造厂企业标准规定，该型气瓶同一截面上所测最大外径和最小外径之差不超过平均直径的2%，也即瓶体不圆度≤2%。由于甲方未提供气瓶弯曲度和不圆度所致扭转载荷测试值，国内外公开文献中也未见相关测试结果或者计算方法报道，下

7、面将建立简化计算模型来定量评估气瓶弯曲度和不圆度所产生的扭转载荷。3.1弯曲度产生的扭转载荷T1弯曲度，更多地称为直线度，是指实际直线对理想直线的变化量，反映了被测直线的不直程度，对于圆柱体主要是指实际轴线对理想轴线的偏差，最大的直线偏差量通常出现在气瓶长度中心位置。由于甲方第23页共23页赵九峰作品未明确给出弯曲度分布情况，为了便于定量评估，参照受均匀载荷的简支梁挠曲线方程，假设气瓶实际轴线曲线为（1）式中x为轴线方向长度坐标、y为实际轴线相对理想轴线的偏移、L为气瓶总长度、b为一待定系数。图2因弯曲度产生的扭矩计算示意图取瓶体轴线的最大弯曲度为Δ。如图2所

8、示，气瓶中心（x=L/2）对应于最大弯