[發(fā)明專利]一種提高液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置有限元分析精度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810132924.5
• 申請(qǐng)日: 2018-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN108229069B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏蔚;奚天洋;何春輝;蔡信;劉志偉;肖永坤;熊波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張家港氫云新能源研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 賴俊科

本發(fā)明公開了一種提高液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置有限元分析精度的方法，主要涉及液氫儲(chǔ)罐液氫儲(chǔ)罐應(yīng)力分析技術(shù)領(lǐng)域，其中包括以下步驟：(1)創(chuàng)建靜力學(xué)分析模塊，建立液氫儲(chǔ)罐的三維模型，并針對(duì)儲(chǔ)罐模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，得到主模型的應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果；(2)在上述結(jié)構(gòu)靜力分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建子模型分析模塊，切割防旋轉(zhuǎn)裝置的子模型，加載切割邊界的位移載荷，并針對(duì)防旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行有限元分析，得到其應(yīng)力分布結(jié)果。本發(fā)明提高了液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置的計(jì)算分析精度，降低計(jì)算規(guī)模和計(jì)算成本，有效地解決了液氫罐體關(guān)鍵部位網(wǎng)格劃分質(zhì)量與計(jì)算精度之間的平衡，可以廣泛應(yīng)用于各類液氫儲(chǔ)罐分析項(xiàng)目中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液氫儲(chǔ)罐應(yīng)力分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種提高液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置有限元分析精度的方法。

背景技術(shù)

為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問題，清潔能源的開發(fā)與利用受到社會(huì)各界越來越多的關(guān)注。氫能作為最高效清潔的燃料能源，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)與生活中的各個(gè)領(lǐng)域，其中，儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)和制造也是氫能技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。隨著基于有限元法的計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)CAE及其軟件的發(fā)展和逐漸成熟，液氫儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與測(cè)試也廣泛應(yīng)用了仿真測(cè)試方法，用來模擬測(cè)試儲(chǔ)罐在不同工況下的應(yīng)力情況，優(yōu)化儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)方案。

但是，液氫儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)隨著市場(chǎng)需求的增加日益復(fù)雜，例如在儲(chǔ)罐上增加了防旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置受力較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是有限元分析時(shí)的難點(diǎn)。在運(yùn)用傳統(tǒng)的有限元分析方法對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，一般會(huì)先用較粗的網(wǎng)格對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在分析后找到應(yīng)力較大的部位，即液氫儲(chǔ)罐上的防旋轉(zhuǎn)裝置，然后就防旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，再對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐模型進(jìn)行分析以確定較為精確的應(yīng)力，這樣反復(fù)幾次直到防旋轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)力出現(xiàn)收斂時(shí)，就停止網(wǎng)格細(xì)分，將此結(jié)果作為此點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，但在每次計(jì)算時(shí)，都需要針對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行分析，計(jì)算效率很低，時(shí)常還存在對(duì)儲(chǔ)罐的模型分析的精度不夠，從而導(dǎo)致分析結(jié)果可信度不高，特別是對(duì)于防旋轉(zhuǎn)裝置的分析，常常出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，為了得到應(yīng)力的收斂值，需要對(duì)應(yīng)力集中點(diǎn)反復(fù)加密網(wǎng)格，然后對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐模型進(jìn)行計(jì)算，這樣的反復(fù)計(jì)算耗時(shí)過長(zhǎng)，因此需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種提高液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置分析精度的方法，能夠有效地提高防旋轉(zhuǎn)裝置的分析結(jié)果的精度和分析效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種提高液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置有限元分析精度的方法，包括以下步驟：

步驟一，創(chuàng)建靜力學(xué)分析模塊，建立液氫儲(chǔ)罐的三維模型，包括外罐體、內(nèi)罐體、鞍座、防旋轉(zhuǎn)裝置、夾層支撐管件等部件，并針對(duì)儲(chǔ)罐模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，得到主模型的應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果，具體包括以下子步驟：

S11：在靜力學(xué)分析模塊中構(gòu)建液氫儲(chǔ)罐的三維模型，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(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并定義各零件之間的接觸關(guān)系將它們裝配在一起；

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

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

步驟二，在上述結(jié)構(gòu)靜力分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建子模型分析模塊，切割防旋轉(zhuǎn)裝置的子模型，包括外加強(qiáng)環(huán)、內(nèi)加強(qiáng)環(huán)、玻璃鋼板、內(nèi)罐體限位柱、定位環(huán)、限位管頂蓋、外罐體限位管，并針對(duì)防旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行有限元分析，得到其應(yīng)力分布結(jié)果，具體包括以下子步驟：

S21：基于已獲得的液氫儲(chǔ)罐主模型的材料分布和應(yīng)力分析結(jié)果，在子模型分析模塊中利用slice切割方法建立液氫儲(chǔ)罐防旋轉(zhuǎn)裝置的局部分析結(jié)構(gòu)；

S22：重新定義防旋轉(zhuǎn)裝置子模型各類零部件之間的接觸；