[發(fā)明專利]鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力和Weibull擬合公式的確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310046596.4
• 申請(qǐng)日: 2013-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103065063A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材質(zhì)應(yīng)力確定方法，特別涉及一種鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力隨壁厚變化以及Weibull分布擬合公式確定方法。

背景技術(shù)

大容量鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于城市電網(wǎng)、發(fā)電廠、居住小區(qū)、醫(yī)院、大型企業(yè)、可再生能源優(yōu)化、交通工具領(lǐng)域等，并能獲得快速推廣，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展前景。鈉硫電池作為一種先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，其核心部件功能陶瓷管機(jī)械強(qiáng)度性能直接關(guān)系到鈉硫電池是否安全穩(wěn)定地運(yùn)行。目前試驗(yàn)表明，鈉硫電池早期失效大多是以功能陶瓷管破裂而告終。由于功能陶瓷管是脆性材料，這里采用第一強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)力理論）作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。此外，確定陶瓷管最大應(yīng)力是其強(qiáng)度校核的關(guān)鍵，而陶瓷管壁厚是最大應(yīng)力的重要影響因素之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)陶瓷管最大應(yīng)力是其強(qiáng)度校核的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了一種鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力和Weibull擬合公式的確定方法，結(jié)合國(guó)內(nèi)外功能陶瓷管的理論研究和工程背景，建立了陶瓷管柱殼理論模型，模擬了功能陶瓷管最大應(yīng)力隨壁厚的變化關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)對(duì)壁厚應(yīng)力變化進(jìn)行了Weibull分布擬合，經(jīng)驗(yàn)證該擬合方法精度高，為一種快速而又準(zhǔn)確得到陶瓷管最大應(yīng)力的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力和Weibull擬合公式的確定方法，具體包括如下步驟：

1）采用ANSYS軟件對(duì)鈉硫電池功能陶瓷管建立實(shí)體模型并進(jìn)行分區(qū)域網(wǎng)格劃分，經(jīng)條件設(shè)置，計(jì)算模擬得到不同壁厚下鈉硫電池功能陶瓷管的最大應(yīng)力；

2）根據(jù)步驟1）中所得模擬數(shù)據(jù)，用Weibull分布函數(shù)對(duì)鈉硫電池功能陶瓷管的最大應(yīng)力???????????????????????????????????????????????隨壁厚變化進(jìn)行擬合：

???

為鈉硫電池功能陶瓷管初始壁厚的最大應(yīng)力，h₀為初始壁厚值，和為Weibull分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)；

3）用右逼近法估計(jì)三參數(shù)Weibull分布式中的h₀，首先取為參數(shù)h₀的初始值，做參數(shù)變換，將三參數(shù)轉(zhuǎn)化為二參數(shù)Weibull分布，用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，由下式計(jì)算出相應(yīng)的決定系數(shù)R^?2，

，

其中，為數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，，然后取步長(zhǎng)，從，，…，開(kāi)始下降，從右逼近（即）；?

4）重復(fù)步驟3）過(guò)程，求出每次的決定系數(shù)；最后，取，選擇最大的，代入下面公式的得到形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，

??，；

5）將步驟3）和4）所得初始壁厚值及其對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力、形狀參數(shù)和尺度參數(shù)代入步驟1）中公式得到鈉硫電池功能陶瓷管最大應(yīng)力隨壁厚變化的曲線擬合公式，選定壁厚代入公式既得鈉硫電池功能陶瓷管最大應(yīng)力。

所述鈉硫電池功能陶瓷管壁厚h在0.00110m～0.00352m時(shí)的最大應(yīng)力隨壁厚變化的曲線擬合公式為：

。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力和Weibull擬合公式的確定方法，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)只需確定功能陶瓷管的壁厚，便可根據(jù)擬合公式求出最大應(yīng)力，此方法為陶瓷管最大應(yīng)力快速而又準(zhǔn)確地計(jì)算提供參考。擬合公式的確定為陶瓷管關(guān)于厚度的機(jī)械強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明陶瓷管有限元?jiǎng)澐謱?shí)體模型圖；

圖2為本發(fā)明擬合出的陶瓷管最大應(yīng)力隨壁厚變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

鈉硫電池陶瓷管最大應(yīng)力確定方法，以鈉硫電池功能陶瓷管為研究對(duì)象，通過(guò)有限元計(jì)算軟件ANSYS實(shí)體建模，數(shù)值模擬了陶瓷管在長(zhǎng)度和直徑不變時(shí)最大應(yīng)力隨壁厚的變化，并利用三參數(shù)Weibull函數(shù)和最小二乘法對(duì)最大應(yīng)力隨壁厚變化的曲線進(jìn)行了分布擬合，通過(guò)結(jié)果驗(yàn)證表明該Weibull擬合曲線精確度高，下面具體闡述。

一、采用ANSYS軟件對(duì)鈉硫電池功能陶瓷管建立實(shí)體模型并進(jìn)行分區(qū)域網(wǎng)格劃分，經(jīng)條件設(shè)置，計(jì)算模擬得到不同壁厚下鈉硫電池功能陶瓷管的最大應(yīng)力，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)功能陶瓷管應(yīng)力進(jìn)行求解，主要可分為實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分兩步進(jìn)行。舉例陶瓷管的幾何尺寸為：直徑、長(zhǎng)度，壁厚，采用ANSYS對(duì)陶瓷管建立實(shí)體模型并進(jìn)行分區(qū)域網(wǎng)格劃分，有限元實(shí)體模型如圖1所示。

陶瓷管為各向同性材料，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1