[發明專利]一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法

有效

• 申請號: 201810135509.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108334705B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 奚天洋;何春輝;魏蔚;卜慶選;李會森;劉志偉;肖永坤
• 申請（專利權）人: 張家港氫云新能源研究院有限公司;張家港富瑞氫能裝備有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 嚴誠

本發明公開了一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，運用有限元的方法對液氫儲罐的各工況進行結構分析，得到液氫儲罐各工況下的結構應力和變形結果，確定液氫儲罐是否合格，液氫儲罐是否需要結構優化，從而保證液氫儲罐的安全，是一種高效、精確、可控的計算方法。

技術領域

本發明涉及商用臥式液氫儲罐的仿真與測試領域，具體涉及一種考慮各種工況下的液氫儲罐結構分析方法。

背景技術

隨著世界范圍內清潔能源的推廣，氫能越來越受關注，相比于電動汽車動力電池的能量密度、續航里程、充電效率等技術瓶頸，氫燃料電池車燃料來源廣泛、零排放以及充電快和續航廣等技術優勢成為政府堅持扶持的基礎。氫燃料電池汽車即以氫氣為主要能源汽車。在催化劑的作用下，氫氣和氧氣混合后發生化學反應并產生電流，由此驅動電動機帶動汽車行駛。

類似于LNG儲罐，液氫罐在運輸過程中會受到各個方向上加速度產生的動載影響。如果通過試驗手段，觀察各工況對儲罐結構強度的影響，或者在結構設計方面提高結構安全系數的保守方法來增加罐體強度，不僅增加了罐體的重量和制造成本，延長了設計制造周期，安全上也存在著一定的隱患。因此急需一種準確、高效而又符合實際情況的液氫儲罐結構分析方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，運用有限元的方法對液氫儲罐的各工況進行結構分析，得到液氫儲罐各工況下的結構應力和變形結果，確定液氫儲罐是否合格，液氫儲罐是否需要結構優化，從而保證液氫儲罐的安全，是一種高效、精確、可控的計算方法。

本發明的另一個目的在于提供一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，依據《JB4732-1995鋼制壓力容器-分析設計標準(2005年確認版)》、《GBT 18442-2011低溫絕熱壓力容器》、《JB-T4731-2005鋼制臥式容器》等標準，通過與材料許用應力([σ])進行對比，用數值的方式通過對各工況下液氫儲罐的模擬，更加準確地計算出所受應力大小。

本發明的另一個目的在于提供一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，相比試驗測試罐體慣性承載，更加高效、精確，成本更低。

本發明的另一個目的在于提供一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，可以得到試驗中無法預測的工況結果，減少重復性勞動工作。

本發明的另一個目的在于提供一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，根據模擬結果可以對模型各構件進行優化設計，保證了液氫儲罐的使用安全。

通過下面的描述，本發明的其它優勢和特征將會變得顯而易見，并可以通過權利要求書中特別指出的手段和組合得到實現。本發明創造的目的通過以下技術方案實現：提供了一種臥式液氫儲罐的結構優化分析方法，包括以下步驟：

1)對臥式液氫儲罐的內容器體、外容器體和受力構件建立三維模型，加載所述臥式液氫儲罐的設計參數和定義零件的材料屬性；

2)定義模型零件之間的接觸，其中包括實體與殼體的接觸、殼體與殼體的接觸、實體與實體的接觸；

3)對所述三維模型分步劃分網格；

4)合理定義所述臥式液氫儲罐的工況，所述定義工況包括至少一運輸工況、吊裝工況、耐壓工況、液氮維持時間工況和屈曲工況；

5)利用有限元算法，根據所述三維模型、所述設計參數和所述材料屬性，在所述定義工況下所述內容器、所述外容器、和所述受力構件的載荷；利用有限元算法，在所述屈曲工況下先計算靜力學結果再計算屈曲結果，然后提取一階模態，在結果中得到特征值屈曲系數；

6)依次判斷所述外容器、所述內容器、所述受力構件在所述定義工況下的應力是否在許用應力以上，同時判斷在所述屈曲工況下的特征值屈曲系數確定外容器是否大于3；

7)若步驟6中判斷結果為是，則確定不合格，需要進行優化，待優化后，重新執行步驟5至6；