[發明專利]一種含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法

有效

• 申請號: 202110531746.5
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113158530B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 高炳軍;王彤;付興華;董俊華
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明為含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法，包括以下內容：對含液罐車進行路譜載荷作用下的流固耦合隨機振動分析，獲取關注位置的隨機疲勞損傷系數，以此為基準對含液罐車罐體計算模型與載荷進行簡化。對簡化模型施加0?1倍的當量加速度、0?2倍的當量加速度、0?3倍的當量加速度，在載荷范圍內對罐體施加內壓的前提下進行循環塑性分析，得到罐體支撐區的棘輪應變規律，進而得到了結構的隨機棘輪效應損傷系數，將隨機棘輪效應損傷系數與隨機疲勞損傷系數疊加，給出了罐車支撐區在路譜載荷作用下隨機棘輪疲勞多損傷系數。隨機棘輪疲勞多損傷系數用于結構在該區域的完整性評價，當隨機棘輪疲勞多損傷系數不小于1時認為會產生疲勞破壞。

技術領域

本發明涉及含液罐車的隨機疲勞損傷領域，尤其是一種含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法。

背景技術

隨著能源工業的迅速發展，鑒于液化天然氣(LNG)、液氫、液氧等可高效運輸的優越性，低溫液體運輸已成為目前不可或缺的運輸手段。低溫液體的公路運輸多采用半掛車，由半掛車內容器盛裝低溫介質，針對其運輸過程中的安全性問題，目前JB/T4780-2002《液化天然氣罐式集裝箱》、JB/T4781-2005《液化氣體罐式集裝箱》給出的主要設計依據仍然是基于GB150《固定式壓力容器》與JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設計標準》的靜強度設計，而對于運輸中因路面顛簸、加速、制動與轉彎等造成的慣性力僅以靜強度作為校核依據是遠遠不夠的。

對于內容器支撐部位，既存在內壓引起的較大的平均應力，又會在此應力基礎上疊加慣性力引起的交變應力，極易發生循環塑性累積即棘輪效應以及棘輪效應與低周疲勞相互作用導致的損傷破壞。此外，罐體在運輸過程中還會承受路面載荷譜的作用，但路面載荷譜在罐體與行走機構連接部位以及內容器與外殼相互支撐部位的造成的疲勞損傷研究還是空白，支撐部位高應力區棘輪效應與疲勞交互作用引起的多損傷失效評價方法還未建立。

為了保證輕量化設計進程中液化氣罐車安全可靠，本發明提出了一種含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法。該方法考慮了液體存在情況下、路面載荷譜作用下的疲勞損傷，校核更加準確。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：提供一種含液罐車隨機棘輪疲勞多損傷評價方法，該方法包括以下內容：

對含液罐車建立有限元模型并進行流固耦合模態分析；

在確定的行駛速度及路面等級條件下，將空間頻率功率譜密度轉化為時間頻率位移功率譜密度；

將時間頻率位移功率譜密度作為激勵，在流固耦合模態分析基礎上進行隨機振動響應分析，根據基于Gauss分布和Miner線性累計損傷定律的三區間法對LNG罐車內容器支撐區進行了隨機疲勞分析，得到了結構的隨機疲勞損傷系數，作為模型簡化以及載荷簡化的比較基準；

對含液罐車所建立的有限元模型進行第一步簡化，對液體進行當量簡化，即將液體質量以密度的形式當量到內容器罐壁上，使其隨機振動響應特性與含液罐車響應相當，即具有相近的1σ最大應力解及特征頻率，進而確定當前含液罐車的液體當量的比例；

在確定了與含液罐車具有相同隨機振動響應特性的液體當量比例后，對有限元模型及路譜載荷做第二步簡化，即省去彈簧支撐，將路譜載荷簡化為n倍的重力加速度g，進行靜力計算時，施加當量的加速度，使內容器支撐區的應力響應與含液罐車1σ(σ指標準偏差)應力解相當，確定當前含液罐車的當量加速度；

確定液體當量的比例和當量加速度后，及在省去彈簧支撐后獲得最終的含液罐體的簡化模型，對這一簡化模型進行靜力分析，得到與當前含液罐車相當的1σ應力解，直接按基于Gauss分布和Miner線性累計損傷定律的三區間法進行疲勞損傷評價，獲得隨機疲勞損傷系數；