天然气长管拖车罐体缺陷分析

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压缩天然气(Compressed Natural Gas),简称CNG。随着压缩天然气的快速发展,作为运输天然气的重要载体,天然气长管拖车罐体,又称CNG长管拖车气瓶,越来越受到人们的重视。我国自主生产和进口气瓶的数量越来越多,CNG长管拖车的行驶范围也变得更加广泛。因此,对CNG长管拖车气瓶安全问题的研究,已经成为特种设备安全的重要内容之一。通过对相关文献的查阅可以发现,目前国内对天然气长管拖车气瓶的研究还十分有限,我国质检总局在2008年才正式颁布《长管拖车定期检验专项要求》,对气瓶本身的研究也主要集中在缺陷的检验检测等方面,技术比较成熟。然而,在对气瓶缺陷的定量计算和分析部分,还比较欠缺。本文首先针对具体的气瓶模型,对其整体进行有限元模拟与分析,直观的展示了气瓶各部分的应力应变及变形分布情况,找出了气瓶应力集中部位和该部分安全系数值。其中,最大应力值为366MPa,小于材料的屈服极限;变形量最大值为瓶体向下弯曲1.79mm,变形程度相对于10m长的瓶体可以忽略不计;应力集中处的安全系数大小为1.3155,大于1。其次,针对实例中的具体裂纹,对气瓶进行2-D裂纹模拟,采用1/4节点,计算气瓶在不同裂纹深度下,应力强度因子的大小,并绘制对应裂纹深度下应力强度因子的变化曲线。在临界应力强度因子下,气瓶临界裂纹尺寸为4.5mm。然后,以气瓶中心为坐标,建立气瓶的1/4截面模型,模拟气瓶在充气、卸气时的循环载荷工况,对其进行疲劳分析,预测气瓶的寿命。通过查JB4732-1995,输入气瓶的S-N曲线值,设定气瓶加载循环次数20000次。对气瓶做疲劳分析,得出气瓶的疲劳寿命为159400次,即气瓶的充卸次数N≦159400,大于规定值,按照规定充装气瓶,是安全的,气瓶的疲劳累积损伤系数为0.12547,小于1,说明气瓶设置充装次数为20000次时,符合其疲劳强度要求。最后,本文还建立起了气瓶裂纹与疲劳的关系,利用拟合后的Paris公式,给出了气瓶的疲劳扩展率公式。同时补充了气瓶的其他失效模式,有纯腐蚀失效、螺纹连接失效以及鼓包失效,并简要的给出了相应的解决方案。
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