[發明專利]一種提高液氫儲罐防旋轉裝置有限元分析精度的方法

有效

• 申請號: 201810132924.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108229069B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 魏蔚;奚天洋;何春輝;蔡信;劉志偉;肖永坤;熊波
• 申請（專利權）人: 張家港氫云新能源研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 賴俊科

1.一種提高液氫儲罐防旋轉裝置有限元分析精度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，創建靜力學分析模塊，建立液氫儲罐的三維模型，包括外罐體、內罐體、鞍座、防旋轉裝置、夾層支撐管件，并針對儲罐模型進行結構靜力分析，得到主模型的應力和應變結果，具體包括以下子步驟：

S11：在靜力學分析模塊中構建液氫儲罐的三維模型，采用部分結構抽中間面方法提高計算機的運算效率，并定義各零部件的材料類型，主要包括各類材料的彈性模量和泊松比；

S12：進行有限元網格劃分，并定義各零件之間的接觸關系將它們裝配在一起；接觸關系主要包括：支腿與內容器之間的接觸，支腿與外容器之間的接觸，支腿與鞍座之間的接觸，鞍座與外容器之間的接觸，防旋轉裝置與內容器之間的接觸，防旋轉轉置與外容器之間的接觸；其中，實體與實體之間采取綁定接觸，殼體與殼體之間采取綁定接觸，實體與殼體之間采取多點約束法(MPC)綁定接觸；

S13：針對上述處理好的液氫儲罐模型施加荷載，具體包括液氫儲罐模型整體施加重力G，在鞍座底面施加固定載荷，對內外容器施加0.1MPa壓力P，以及定義液氫儲罐受到前進方向8g沖擊加速度F；

S14：利用有限元分析算法(FEM)，根據液氫儲罐的三維模型及其載荷約束條件，求解液氫儲罐主模型的應力和應變結果；

步驟二，在上述結構靜力分析的基礎上，創建子模型分析模塊，切割防旋轉裝置的子模型，防旋轉裝置包括外加強環、內加強環、玻璃鋼板、內罐體限位柱、定位環、限位管頂蓋、外罐體限位管，外容器限位管焊接在外罐體頂部的通孔內，外容器限位管上開口焊接有限位管頂蓋，外容器限位管下開口焊接有玻璃鋼板，玻璃鋼板中間設置有通孔，通孔內焊接有定位環和內罐體限位柱，內罐體限位柱可以在定位環內上下滑動，內罐體限位柱下端與內罐體焊接連接；內加強環和外加強環依次設置在外容器限位管的外圓周且通過焊接連接，內加強環和外加強環同時也焊接在外罐體的內壁上；并針對防旋轉裝置進行有限元分析，得到其應力分布結果，具體包括以下子步驟：

S21：基于已獲得的液氫儲罐主模型的材料分布和應力分析結果，在子模型分析模塊中利用slice切割方法建立液氫儲罐防旋轉裝置的局部分析結構；切割防旋轉裝置子模型時，需要遠離應力梯度大的區域，否則會影響計算結果的準確性；

S22：重新定義防旋轉裝置子模型各類零部件之間的接觸，定義內容器限位柱與定位環之間采用No?Separation接觸方式，防旋轉裝置子模型其余各類零部件連接方式為共節點方式，各接觸部位的接觸算法采用多點約束法(MPC)；

S23：對處理好的防旋轉裝置子模型進行網格劃分；對關鍵分析區域采用Refinement局部單元細化，具體包括內容器限位柱與定位環接觸部位、玻璃鋼與定位環接觸部位；

S24：根據液氫儲罐主模型靜力學分析模塊的計算結果，導入切割邊界的邊界約束條件，并載入荷載，導入切割邊界處的位移結果數據將作為防旋轉裝置子模型的位移約束；

S25：利用有限元分析算法，根據防旋轉裝置的三維模型及其載荷約束條件，求解防旋轉裝置的總體等效應力和總體變形、玻璃鋼最大主應力和最大剪應力。