基于ANSYS Workbench的长管拖车气瓶有限元分析（胡克勤）.ppt

基于ANSYS Workbench的CNG长管拖车气瓶有限元分析 学生：胡克勤 导师：蔡昌全 正高职高级工程师 学院：武汉工程大学机电工程学院 研究背景 　　长管拖车在我国起步较晚，但近年来在国内发展迅速。长管拖车气瓶属于受内压移动式压力容器，它的设计、制造、检验及验收应符合GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》，JB4185-1986《半挂车通用技术条件》及企业标准Q/02ZYT001-2006《长管拖车》中的相关规定。2008年国家质量监督检验检疫总局正式颁布了《长管拖车定期检验专项要求》。从此，长管拖车定期检验有了法规依据，但各种使用和安全管理方面的法规还有待进一步制定和完善。因此对气瓶整体进行有限元分析，确定气瓶应力应变情况，对气瓶的制造，设计和安全使用都具有基础性意义。 CNG长管拖车介绍 概念：是指将几个或十几个大容积钢质无缝气瓶组装在框架里并固定在拖车底盘上 ，将气瓶头部连通在一起，用于运送压缩气体（天然气）的运输工具。 特点：1.机动、灵活、便捷、高效； 2.气瓶承载的压力高、体积大，大 大提高了运输效率 ，降低了运输费用。 长管拖车实物图 气瓶瓶口示意图 气瓶建模 文章案例来源于中国特检院武汉长管拖车气瓶检验站，目的是检测气瓶防转销钉处，瓶口减薄处受力支点是否会成为失效点，瓶端示意图如图所示： ANSYS Workbench：是指用ANSYS求解实际问题的新一代产品，它给ANSYS的求解提供了强大的功能，操作简单，而功能更强大，并且能与Solidworks无缝对接。 Solidworks建模，导入ANSYS Workbench后如下图所示： 定义材料划分网格 4130X（瓶身材料）：4130X是由美国运输部相关标准限定下拖车气瓶使用的材料，从成分上看，4130X相当于国内30CrMo钢，机械性能与国内盛装有应力腐蚀倾向介质的无缝气瓶接近材料性能如右表所示。 网格划分后如右图： 抗拉强度（MPa） 屈服强度（MPa） 延伸率（%） 硬度（HBN） 724~869 482~747 ≧20 223~269 加载和求解 CNG气瓶安装法兰用螺栓固定在框架两端的前后支撑板上，水平固定于拖车上。因此，气瓶两端受固定约束，瓶身受内压和重力约束。在Workbench中，对气瓶两端法兰面添加全约束，气瓶自重以及内压。加载完毕后进行求解。 计算结果分析 等效应力分析：等应力图（整体）如下： 销钉处应力分布 由上图知，销钉处所受应力强度较小，不会成为失效点 等效应力图（局部）： 瓶肩处产生应力最大，应力最大值为366MPa，小于材料屈服极限 等效应变分析： 瓶口与瓶身连接处为应变最大部位，弹性应变沿瓶身周向分布，瓶身应变较大，瓶端应变逐渐变小，到瓶口于瓶身连接处出现应力集中，因此产生最大应变。 总变形分析： 　该图十分直观的表现出了气瓶整体变形情况。气瓶的变形主要受重力影响，变形分布从上到下，由小到大。但是最大变形没有超过两毫米，远小于气瓶瓶身的长度，可以忽略不计。 安全系数分析（Stress Tool ）： 由图，安全系数最大值为15，最小值为1.3155 安全系数 安全系数为机件的极限应力与工作应力之比，它是考虑计算载荷及应力准确性、机件工作重要性以及材料的可靠性等因素影响机件强度的强度裕度，其值大于等于1.实际中，机件的制造一般要求安全系数在2到3，便可保证机件在一定情况下的安全使用。本例中，最小安全系数为1.3155，虽然大于1，但是不能满足气瓶安全使用的要求，可能会成为失效点。 总结 就本文所使用案例而言，销钉处所受应力较小，不会成为失效点，瓶口与瓶身连接处及受力支点处（瓶肩处）应力集中，可能会成为失效点。整体而言，通过利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析气瓶的受力情况，可以清楚的看到主要应力集中区域，气瓶发生变形的程度及各部分的安全性等问题，从而为设计高可靠性的气瓶提供了强有力的参考依据，为气瓶安全监测指出了明确的方向。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对气瓶整体进行静力分析，得到了与实际情况相符合的结果，对今后长管拖车的安全使用十分必要。 结束