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低温LNG运输罐车应力强度分析与疲劳研究

作者2019-03-29 15:10未知
各种液化气体在现代实际工业生产和应用中变得越来越普遍。用移动压力容器来进行运输也是常用方法,运输罐车就是典型的运输液化气体的一种移动压力容器。液化天然气(LNG)具有易燃,易爆等液化气体等特性,伴随着运输单体吨位越来越大,大型LNG运输罐车对不同道路的适应性,极端工况的适应性规律规范的形成,成为行业迫切重要的共性问题。本论文基于有限元分析方法,分析低温LNG运输罐车在运输过程中对罐体关键部位进行应力强度分析及评定,同时对罐车罐体进行疲劳研究。目前国内关于低温LNG运输罐车罐体所采用的常规设计方法中存在一些缺点,就是设计过程不够详细而且过于保守,设计中往往只关注于LNG罐车静止状态,却忽略了实际运输过程中存在的紧急制动、急转弯以及受路况影响等极端工况。而这些极端工况对罐体关键部位的结构强度有一定影响。与此同时,低温LNG罐体疲劳常规设计中,对于罐体疲劳寿命计算在国标中没有明确的标准。首先,根据国家各项标准和规范,以SDY9401GDY型号的低温LNG运输罐车罐体进行结构设计的简单说明,同时整理出LNG罐体设计的传统设计方案。同时,根据低温LNG运输罐车的工程二维图纸,在3D建模软件SolidWorks中建立LNG罐车罐体的三维几何模型,然后把三维模型引入到有限元分析软件ANASYS Workbench中仿真。而根据实际经验和前人的研究成果,做出初步判定,LNG罐车这几种极端的运输过程中应力集中区域是封头过渡区内表面和支撑区受压部位。这些危险区域正是运输过程中引起LNG罐车失效最直接的原因之一。其次,根据有限元分析结果,在这四种工况下,罐体出现的最大应力强度部位跟我们最初判断的结果一样,就是出现在内筒体与封头过渡区有一小段距离的区域、内外筒体连接处与外筒体支撑区。在这种极端的运输工况下,高应力强度区域均出现在罐体的内筒内表面靠近滑动端支承边缘的局部区域。根据相关的标准以及应力分类法,对罐体的应力强度进行校核,其结构强度均达到强度要求。因此这表明罐体主要受内压作用的影响,对惯性载荷影响不大。最后,由于罐车的内外筒体的结构和所受的交变载荷不同,确定了不同的疲劳计算方法。对罐车外筒体进行疲劳校强度核计算时,按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》的基本思想来计算累积损伤用度系数。计算结果显示,罐车外筒体的累积损伤用度系数为0.074远小于1,可以得出外筒体的疲劳强度达到要求;借助ANASYS Workbench有限元软件,根据ASME锅炉和压力容器设计标准,采用了弹塑性假设和Miner累积疲劳分析理论的计算方法,对低温LNG运输罐车内筒体应力最大的部位进行了疲劳寿命分析计算。结果表明,经过10~6次的循环,得到的最小循环次数为1.2117×10~4次,罐车罐体以四小时为一个循环周期,计算出低温LNG运输罐车罐体内筒体在相同工况下的使用寿命为6.058年,约为6年。
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