带缺陷的CNG-2气瓶安全评估与分析

发布时间：2017-04-11 03:07

  本文关键词：带缺陷的CNG-2气瓶安全评估与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：CNG-2压缩天然气缠绕气瓶在生产和使用过程中，常由于材料缺陷或外界撞击等因素使得缠绕层表面出现裂纹或划伤缺陷，使气瓶局部应力增大，有时降低了使用寿命，甚至导致内胆爆破，发生安全事故。本文以CNG-2气瓶为研究对象，用ANSYS模拟分析方法并运用路径叠加技术，探讨了CNG-2气瓶在各工况下的应力分布、缠绕层表面中部出现不同类型裂纹缺陷时应力分布、疲劳寿命分析以及裂纹局部最大应力拟合计算四个方面的内容。 通过建模分析，得到了气瓶在自紧压力、零压、水压、最大充装压力、工作压力及最小爆破压力下各路径的应力分布曲线。通过自紧加载的分析，得到了内胆上残余应力分布。采用路径叠加技术，得到了内胆内外壁自紧后的应力重新分布，观察到自紧后沿着壁厚应力分布均匀化，得到了无缺陷气瓶的各个阶段的分布曲线。 对于缠绕层中部表面上含不同深度与不同长度的裂纹缺陷，采用设定路径分量叠加方法，即利用无缺陷模型和缺陷模型在不同状态下的路径参数进行组合和叠加，得到气瓶从完整模型演化到缺陷模型的分析模拟结果。气瓶在使用过程中，所承受的最大压力为最大充装压力，以此进行含缺陷气瓶分析。与无缺陷的气瓶比较，得到了不同缺陷深度及长度对气瓶各部位强度的影响，发现缠绕层缺陷深度及长度变化对气瓶裂纹局部附近的气瓶强度和使用安全性有影响，而远离缺陷的其他部位的性能几乎不受缠绕层缺陷深度及长度的影响。 本文参照钢制压力容器的分析设计标准中所载疲劳分析分析方法，，计算了无缺陷与含缺陷气瓶的疲劳寿命。结果表明：缠绕层表面裂纹深度小于某一数值时，气瓶使用寿命不受缺陷影响；缠绕层表面裂纹长度增加对使用寿命有影响。 最后，为探讨不同缺陷对气瓶局部造成的影响，取裂纹局部附近应力分量进行公式拟合，获得了气瓶裂纹局部应力峰值与裂纹深度或长度的关系式。 本文的结论是：裂纹局部应力受裂纹深度和长度的影响；远离裂纹的其他部位几乎不受裂纹的影响；当裂纹深度超过某个数值时，缺陷对气瓶的疲劳寿命有影响。
【关键词】：CNG-2气瓶 缠绕层 缺陷分析 使用寿命 应力分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 研究内容14-15
• 1.4 研究方法15-16
• 第二章 CNG-2 气瓶的有限元模拟分析16-31
• 2.1 CNG-2 气瓶模型的建立16-17
• 2.1.1 技术指标16
• 2.1.2 气瓶的基本几何尺寸16-17
• 2.1.3 原材料17
• 2.1.4 工艺参数17
• 2.2 复合材料 CNG 气瓶有限元模型的建立17-20
• 2.2.1 复合材料气瓶模型与网格17-18
• 2.2.2 材料特性定义[19]18
• 2.2.3 边界条件及载荷加载18-19
• 2.2.4 加载过程及路径显示19-20
• 2.3 应力结果分析（无缺陷气瓶）20-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 含缺陷的 CNG-2 气瓶应力分析31-52
• 3.1 裂纹缺陷模型的建模31-32
• 3.2 裂纹在最大充装状态的影响32-35
• 3.2.1 在最大充装压力下直接应力32-34
• 3.2.2 缺陷气瓶在最大充装与卸载压力叠加下的应力34-35
• 3.3 缠绕层表面不同缺陷深度对气瓶的影响35-42
• 3.3.1 不同缺陷深度对各应力的影响35-38
• 3.3.2 不同缺陷深度对应力强度与等效应力的影响38-41
• 3.3.3 不同缺陷深度对界面压力的影响41-42
• 3.4 缠绕层表面不同缺陷长度对气瓶的影响42-48
• 3.4.1 不同缺陷长度对气瓶各应力的影响42-44
• 3.4.2 不同缺陷长度对气瓶应力强度与等效应力的影响44-47
• 3.4.3 不同缺陷长度对气瓶界面压力的影响47-48
• 3.5 缠绕层缺陷对气瓶内胆应变的影响48-51
• 3.5.1 不同缺陷深度对内胆应变的影响48-49
• 3.5.2 不同缺陷长度对内胆应变的影响49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 含裂纹缺陷的 CNG-2 气瓶疲劳性能研究52-65
• 4.1 影响疲劳的因素52-53
• 4.2 纤维复合材料疲劳性能的研究53-55
• 4.2.1 影响复合材料疲劳特性的因素53-54
• 4.2.2 累计损伤理论54
• 4.2.3 剩余强度理论54
• 4.2.4 纤维复合材料疲劳性能54-55
• 4.2.5 纤维层的疲劳55
• 4.3 钢内胆的疲劳性能研究55-56
• 4.4 纤维层表面不同缺陷深度对气瓶的疲劳寿命影响56-61
• 4.4.1 无缺陷的气瓶疲劳分析57-59
• 4.4.2 含缺陷的气瓶疲劳分析59-60
• 4.4.3 含不同缺陷深度对气瓶疲劳寿命的影响60-61
• 4.5 纤维层表面不同缺陷长度对气瓶疲劳寿命的影响61-63
• 4.6 提高气瓶的抗疲劳性63
• 4.6.1 提高复合材料的抗疲劳性63
• 4.6.2 提高钢内胆的抗疲劳性能63
• 4.7 本章小结63-65
• 第五章 不同缺陷 CNG-2 气瓶应力分量与缺陷深度和长度的变化规律总结65-72
• 5.1 缠绕层表面含缺陷的各应力分量公式拟合65-68
• 5.1.1 不同缺陷深度的 SZ 与 SY 最值拟合65-67
• 5.1.2 不同缺陷长度的 SZ 与 SY 最值的拟合67-68
• 5.2 缠绕层表面缺陷的 sint 与 seqv 值的拟合68-71
• 5.2.1 不同缺陷深度的 sint 与 seqv 最值的拟合68-70
• 5.2.2 不同缺陷长度的 SINT 与 SEQV 最值的拟合70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 结论与展望72-73
• 结论72
• 展望72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

【参考文献】

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本文编号：298153