大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构强度研究.pdf

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1、大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构强度研究魏春华。刘贤信，钟思嘉，刘鹏飞(1．浙江巨化装备制造有限公司，浙江衢州324004；2．浙江大学化工机械研究所，浙江杭州310027)·摘要：以自主研制的75MPa，2．5m。大容积全多层高压储氢容器为对象，开展了封头和筒体连接结构强度试验研究，得到了加强箍、封头及其连接部位应力随容器内压力的变化情况。建立了精度较高的大容积全多层高压储氢容器封头和简体连接结构弹塑性有限元分析模型。基于该模型，对封头和简体连接结构在容器超压过程中的变形特征，及封头与加强箍配合面形成裂纹尖端在多次

2、加载时的稳定性进行了分析，验证了加强箍结构设计方法的合理性。关键词：高压储氢容器；强度；有限元分析中图分类号：TH49；0344．3文献标识码：A文章编号：1001—4837(2012}11—0001-06doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．11．001ResearchesonStrengthofJointStructureforHeadandReinforceRingofLargeVolumeLayeredHigh——PressureHydrogenVesselsWEIChun—hua，LIU

3、Xian—xin，ZHONGSi—jia，LIUPeng—fei(1．ZhejiangJuhuaEquipmentManufacturingCo．，Ltd．，Quzhou324004，China；2．InstituteofProcessEquipment，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：ExperimentalstudyhasbeentakenonthestrengthofthejointstructureforthevesselSheadandreinforc

4、eringwhichisofthedesignpressureof75MPaandthevolumeof2．5m．Andthestressdistributionaroundtheareaofthehead，reinforceringandtheirjointisobtainedfromexperimentalstudy．Afiniteelementanalysismodelwasestablishedtostudythedeformationcharacteristicsofthejointstruc—turesforthe

5、headandreinforcering．Basedonthismodel，thedeformationcharacteristicsofthejointstructuresforthecylinderandtheheadduringover—pressureprocess，andthestabilityofthecracktipswhichisformedbytheweldbetweentheheadandreinforceringduringcyclicloadingprocessisstudied．Theresultss

6、howedthatthejointstructuresisofenoughstrength，SOtheempiricaldesignmethodisfitforthereinforceringSdesign．Keywords：high—pressurehydrogenstoragevessels；strength；finiteelementanalysis基金项目：浙江省重点科技创新团队项目(2012R10001)大容积全多层高压储氢容器封头和简体连接结构强度研究等。应变测量元件采用BE120—2BA金属箔式温0引言度自补偿型

7、双向应变片，其输出信号不受环境温度的影响，可精确测量的极限应变为2％I7。随着高压氢系统从应用示范向工业应用转变应变数据的采集和记录采用UCAM一60A数据记进程的加快，高压储氢容器将继续朝着大容积、高录仪。压力的方向发展。由此带来的容器壁厚不断增大问题，将对现有制造技术构成一定的挑战¨I2J。大容积全多层高压储氢容器采用钢带错绕筒体结构，从本质上避免了厚壁圆筒的卷制和深厚焊缝的焊接问题。封头采用半球形结构，所需厚度仅为筒体厚度的一半，降低了封头冲压的难度j。为解决筒体和封头连接时的结构不连续问题，郑津洋等提出了加强箍结构。在

8、承受内压载荷时，这种新型结构的简体、封头和加强箍相互制约，封头和加强箍之间存在接触载荷，连接结构附近的应力分布复杂。文中以自主研制的75MPa，2．5m大容积全多层高压储氢容器为对象，采用试验和数值模拟相结合的方法，分析了简体和封头连接结构在水压试验压力下的应力分布情况，并采