大型LPG罐式汽车罐体的整体应力分析.docVIP

大型LPG罐车罐体应力分析与设计评价 郭崇志 王友红 (华南理工大学 广州 邮编：510640) 摘要：本文对某大型LPG半挂罐车的罐体进行了整体应力分析，通过建立计算机分析模型，用有限元方法对罐体进行了应力分布计算，得到了考虑罐体主要结构构件影响的关键部位的应力分布，并针对罐体上的加强圈、防波板、罐体支撑等局部结构对罐车整体性能的影响进行了详细的分析和评估，最后提出了若干结构设计准则和建议。 关键词：LPG；半挂罐车；有限元；结构设计；应力分析；设计评价 Integration Stress Analysis Structure Assessment of Large LPG Tank Trailer Guochongzhi Wangyouhong South China University of Technology Guangzhou Postcode: 510640 Abstract：Through establishing computer simulation model in this paper, integration stress analysis of large LPG tank trailer is carried out with Finite Element Method and the stress distribution of main structure members in critical range is gained. Detail analysis evaluations for tank trailer’s integral function are made for some local structure such as reinforcement ring, anti-wave baffles, and support sructure of tanks. Some structure design suggestions are proposed in this paper according to the function analysis influenced by detail structure member mechanic behaves. Keyword：LPG；Tank trailer; Finite Element Method; Structure design; Stress analysis; Design assessment 1 引言 液化石油气LPG汽车罐车是运输液化石油气的专用储运设备。由于它具有机动灵活、设备投资少、制造周期短等优点,已成为目前我国液化石油气的主要运载设备之一。液化石油气属易燃易爆品,罐车在运输过程中状态多变,一旦罐车发生事故，引起的后果将会很严重，因此，罐体的设计、制造、使用、检验必须满足各种技术规范[1][2]的要求,力求做到安全可靠、经济合理。通常的液化油气罐车罐体属于薄壁容器，为了满足公路运输条件以及轻量化要求，带有各种局部加强结构，受力状况复杂，而目前罐车实际是按照常规设计的，对于罐体的复杂受力状况和局部应力分布，目前还没有深入的研究文献报道。为了了解罐体整体应力分布状况对于罐车的结构设计和抗疲劳性能的影响，本文针对某大型LPG半挂拖车罐体进行了整体应力分析，对局部加强结构对罐体性能的影响进行了分析研究，进一步进行了结构设计分析与评价，并提出了若干设计建议。 2 罐体结构 某大型LPG半挂拖车罐体结构如图1所示。罐体总长约13米，内径2.4米，前部支座与拖车的连接为可拆的销连接，后部的左右两侧均为条形支座，支撑于半挂车的车架上，为了降低罐车的重心，设计采用了两端大小圆柱壳加中间锥形壳的罐体设计。该罐体的性能参数如表1所示。 3 分析模型 3.1 几何模型的简化 本文的主要目的是研究罐体的整体应力分布状况，因此忽略了某些局部结构如：介质进出口接管、液面计接管以及安全附件的接口凸缘等，而主要考虑罐体、加强圈、防波板及支座结构对罐车罐体强度的影响。利用图1的结构尺寸建立的几何模型如图2所示。 3.2 有限元模型 由于罐体为薄壁结构，采用ANSYS软件的空间曲面shell单元将模型离散化，并定义不同的实常数来模拟不同的壁厚。为节约计算量，考虑到模型关于纵截面为对称，取1/2模型，采用shell63单元计算。根据图2几何结构得到的有限元计算模型如图3所示。 3.3 约束及载荷 由于罐体支撑在车架和拖头上，罐体在内压的作用下，沿着长度方向的伸缩实际不受限制，因此，将后支座简化为固定支撑；前支座直接支撑于拖头上面，因此可以将前支座简化为轴向可以滑动支撑。同时，罐车在正常使用情况下，液化石油气介质温度很难达到5