LNG车载气瓶动力特性分析

发布时间：2017-04-11 18:11

  本文关键词：LNG车载气瓶动力特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源危机和环境污染的加剧,液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,在当今社会越来越受到青睐,与之相关产业也得到了快速发展。其中LNG汽车(LNGV)作为一种新型清洁能源汽车,具有安全、经济、高效等优点,引起了广泛关注和相关研究。LNG车载气瓶是LNG汽车燃料系统的主要设备,其安全可靠性将直接影响LNG汽车的安全运行。目前,对LNG车载气瓶安全方面的研究相对较少,且主要集中在静态方面,而在气瓶实际使用过程中,一方面由于突然刹车、路面凹坑等工况,使气瓶内LNG发生强烈晃动,液体晃动将给气瓶内胆带来额外的冲击载荷;另一方面由于发动机振动、路面的凹凸不平致使气瓶发生强烈的振动,这些附加动载荷将导致气瓶内胆结构不连续区域产生较严重的应力集中现象而造成破坏。因此,在分析静态结构应力的基础上对LNG车载气瓶进行动力特性分析显得尤为重要。本文采用有限元法,对LNG车载气瓶内胆进行了动力特性分析,主要工作和结论有:(1)对LNG车载气瓶内胆进行了静力学分析,用等效密度法将瓶内LNG的质量等效到气瓶内胆壳体上,在气瓶内胆壳体上施加惯性力载荷,研究了气瓶内胆及支撑整体结构在紧急刹车、路面凹坑等工况下的应力分布;随后,用冲击载荷法将气瓶内胆所受液体的冲击作用等效为静载荷,分析了气瓶内胆在紧急刹车和路面凹坑工况下的应力分布,并按照应力分类校核方法对气瓶内胆进行了强度校核。校核结果表明:气瓶内胆强度完全满足要求。在此基础上,进一步研究了不同方向的液体冲击载荷对气瓶内胆结构强度的影响。(2)考虑了储液量的不同,对LNG车载气瓶内胆进行了模态分析,分析了不同液体深度下气瓶内胆固有频率及模态振型图。分析结果表明:不同的储液量对内胆结构的模态特性影响很大,随着贮液量的增加,气瓶内胆结构的固有频率逐渐降低。(3)在模态分析的基础上,对LNG车载气瓶内胆进行了谐响应分析,得到了气瓶内胆在发动机激励下的频率响应曲线,并找出曲线中的峰值,对照模态分析结果,确定了LNG车载气瓶的共振频率,从而避免LNG车载气瓶因汽车发动机振动而发生共振。(4)对LNG车载气瓶内胆进行响应谱分析,分析了气瓶内胆在不平路面激励作用下的变形及应力分布。结果表明:路面不平度会使气瓶内胆发生振动,内、外胆支撑处产生很大的变形及作用力,其作用力甚至超出气瓶材料所能承受的范围。因此,对气瓶内、外胆支撑需进行结构优化,危险部位应采取必要的补强措施。
【关键词】：LNG车载气瓶 动力特性 冲击载荷 固有频率 响应分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE972
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 LNG车载气瓶介绍13-17
• 1.2.1 国内外发展现状13-14
• 1.2.2 LNG车载气瓶特点14-15
• 1.2.3 LNG车载气瓶结构及操作原理15-16
• 1.2.4 LNG车载气瓶设计及安全性能试验16-17
• 1.2.5 LNG车载气瓶应用17
• 1.3 车载容器动力特性分析研究现状17-19
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.4 课题研究内容19-20
• 第2章 LNG车载气瓶内胆结构强度有限元分析20-36
• 2.1 有限元软件20-21
• 2.2 几何模型21-22
• 2.3 材料属性22
• 2.4 有限元模型及网格划分22-23
• 2.5 应力分类与强度评定23-27
• 2.5.1 分析设计应力分类24-26
• 2.5.2 安全系数选择及应力强度评定26-27
• 2.6 气瓶内胆及支撑整体结构应力分析27-32
• 2.6.1 边界条件与载荷的施加27-29
• 2.6.2 计算结果及分析29-32
• 2.7 冲击载荷作用下气瓶内胆应力分析32-35
• 2.7.1 边界条件与载荷的施加32-33
• 2.7.2 计算结果及分析33-35
• 2.8 小结35-36
• 第3章 LNG车载气瓶内胆模态分析36-44
• 3.1 模态分析基本概念36
• 3.2 模态分析理论基础36-37
• 3.3 有限元模型37
• 3.4 边界条件及载荷37
• 3.5 计算结果及分析37-43
• 3.6 小结43-44
• 第4章 LNG车载气瓶内胆振动响应分析44-49
• 4.1 引起气瓶振动的原因44-45
• 4.1.1 不平路面激励44-45
• 4.1.2 发动机激励45
• 4.2 有限元模型45
• 4.3 发动机激励谐响应分析45-46
• 4.3.1 发动机激励的确定45
• 4.3.2 计算结果及分析45-46
• 4.4 不平路面激励响应谱分析46-48
• 4.4.1 不平路面激励的确定46-47
• 4.4.2 计算结果及分析47-48
• 4.5 小结48-49
• 结论与展望49-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录55

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