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探究疲劳车载高压天然气钢瓶结构优化

收藏本文 2024-04-11 点赞:5153 浏览:15142 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:采取压缩天然气(CNG)作为汽车燃料,是一种经济而有效的节能和环保措施,在国内外得到迅速推广运用,并充分显示出其在经济、节能和环保方面的优越性及较好的进展前景。虽然CNG技术的利用有非常严格的措施和标准保证安全,但天然气本身属于一级易燃、甲级防爆的危险品,CNG气瓶的运用和储存中应特别注意安全利用。近年来先后发生了多起CNG储气钢瓶(包括站用瓶和车用瓶)爆炸事故,产生了很大的负面效应。CNG气瓶是汽车利用的移动式储气设备,在保证其安全性的同时减轻重量既可以减少企业气瓶成本又可以减少一定的油耗给汽车用户带来经济效益达到双赢作用,所以CNG气瓶结构优化的一个重要目标就是保证安全的前提下减轻气瓶重量。由此本论文对CNG气瓶的结构安全与结构优化设计进行了探讨,主要的探讨内容如下:(1)通过对各个规格的CNG气瓶的水压爆破试验获得爆破压力,均大于其设计最小爆破压力(45MPa)。气瓶爆破后均无碎片产生,爆破口位置均处于气瓶筒体部位中下端处,断裂形式为塑性断裂,有显著剪切唇,检查断口金属均无表面缺陷。通过ANSYS对各个规格气瓶进行结构应力浅析模拟出气瓶在不同压力值下的应力分布。比较浅析了气瓶模拟爆破压力值与试验爆破压力值,得出该模拟策略可用于工程上计算气瓶最小爆破压力。(2)通过对各个规格气瓶的水压疲劳试验获得了气瓶在不同应力幅值下的的疲劳试验寿命。根据试验结果拟合了该材料CNG气瓶的疲劳计算曲线,计算了各个规格气瓶在试验压力下的疲劳寿命。(3)通过ANSYS对各个规格气瓶进行结构优化浅析。在保证气瓶疲劳寿命和最小爆破压力值的前提下对气瓶结构进行了优化,使得其应力分布更为合理,疲劳寿命统一,并且一定程度的减轻气瓶重量,经济效益显著。关键词:CNG气瓶论文ANSYS论文结构优化设计论文疲劳浅析论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-10

    第1章 绪论10-17

    1.1 探讨背景与作用10-12

    1.2 CNG钢瓶安全失效简述12-13

    1.2.1 CNG钢瓶工作破坏机理12-13

    1.2.2 CNG钢瓶结构优化与疲劳浅析探讨目的13

    1.3 结构优化设计探讨近况13-14

    1.4 基于ANSYS的气瓶结构优化探讨近况14

    1.5 气瓶疲劳浅析探讨近况14-15

    1.6 本论文的主要探讨内容15-17

    第2章 CNG气瓶性能试验17-28

    2.1 CNG气瓶制造工艺17-18

    2.1.1 CNG气瓶制造策略17-18

    2.1.2 CNG气瓶生产工艺及主要装备18

    2.2 CNG气瓶机械性能试验18-20

    2.3 CNG气瓶水压爆破试验20-24

    2.4 CNG气瓶水压疲劳试验24-27

    2.5 本章小结27-28

    第3章 CNG气瓶结构优化及疲劳浅析策略28-41

    3.1 结构浅析策略28-32

    3.1.1 CNG气瓶结构28-29

    3.1.2 CNG气瓶有限元计算模型29-32

    3.2 疲劳浅析策略32-33

    3.3 结构优化设计策略33-40

    3.3.1 ANSYS优化模块介绍33-34

    3.3.2 优化模块中的三大变量及优化数学模型34-35

    3.3.2.1 设计变量(DV)34

    3.3.2.2 状态变量(SV)34

    3.3.2.3 目标函数(OBJ)34-35

    3.3.2.4 优化数学模型35

    3.3.3 ANSYS的优化策略35-38

    3.3.3.1 无约束目标函数36

    3.3.3.2 搜索策略及搜索方向的确定36-37

    3.3.3.3 收敛准则37-38

    3.3.3.4 一阶策略的一些说明38

    3.3.4 ANSYS结构优化设计利用策略38-40

    3.4 本章小结40-41

    第4章 CNG气瓶疲劳浅析与结构浅析41-57

    4.1 CNG气瓶结构静力计算41-51

    4.2 CNG气瓶爆破压力计算51-55

    4.3 CNG气瓶疲劳寿命计算55-56

    4.4 本章小结56-57

    第5章 CNG气瓶结构优化设计57-73

    5.1 CNG气瓶结构优化描述57-59

    5.2 CNG气瓶结构优化数学模型59

    5.3 CNG气瓶结构优化计算结果59-65

    5.3.1 Φ232×5.4规格CNG气瓶优化结果60-61

    5.3.2 Φ267×5.8规格CNG气瓶优化结果61-62

    5.3.3 Φ279×6.4规格CNG气瓶优化结果62-63

    5.3.4 Φ325×7.0规格CNG气瓶优化结果63-64

    5.3.5 Φ356×7.5规格CNG气瓶优化结果64-65

    5.3.6 Φ406×8.6规格CNG气瓶优化结果65

    5.4 CNG气瓶结构优化后讨论65-72

    5.4.1 优化后气瓶结构浅析66-70

    5.4.2 优化后气瓶爆破压力浅析70

    5.4.3 优化后气瓶疲劳浅析70-72

    5.5 本章小结72-73

    第6章 结论与展望73-75

    6.1 结论73

    6.2 展望73-75

    符号说明75-77

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