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罐式集裝箱的强度分析
Strength analysis of the tank containe
刘原勇,冯延森,陈云华
LIU Yuan-yong, FENG Yan-sen, CHEN Yun-hua
(山东理工大学机被工程学院,淄博255049)
摘要:针对懽式集装箱的设计和强度计算问题,根据压力容器设计的相关规定,计算了满足工作条
件的最小体壁厚,完成了某种式集装箱的强度验算。利用有限元软件 ANSY S进行了强度
分析,得到各部分在不同工况下的应力分布情况,根据分析结果可知,罐体的应力由内压決
定,框架和裙座受惯性力的影明显,最大应力出现在封头与罐体、裙座连接处,应力集中
明显。有限元分析能直观地反映出键式集装箱的应力分布情况,为式集装箱的设计和强度
校核提供了重要的数据支持。
关键词:式集装箱; ANSYS;惯性力;有限元分析
中分类号:TQ077
文款标识码:A
文章号,1009-0134(2015)04(下)-0115-04
Di:10.3969/J.lssn.1009-0134.2015.04(下).35
0引言
罐体的材料为Q345R,抗拉强度0b=510MPa,屈服
罐式集裝箱是罐式集装箱运输的运输单元,主要强度、=345MPa,许用应力S。=170MPas
用于运输液化气体、液态货物和粉状危险货物,具有
装载量大、运输成本低等特点,应用日趋广泛。随着石
2載荷分析
油化工行业的迅猛发展,世界各国对液化石油气和其它
罐式集装箱在运输过程中受多个力的作用,主要有
液化气的需求量越来越大四,对罐式集装箱运输的需求内压,重力,惯性力。
日益增多。由于罐式集装箱的运输介质大多具有易燃、
1)内压
易爆或有毒的特性,若发生泄漏会造成严重的后果。因
取该罐式集装箱的设计压力。
此,罐式集裝箱在运输过程中必须安全、可靠。
2)重力
罐式集裝箱属于第三类压力容器,在运输过程中要
该罐式集装箱的重力。
承受内压和外压载荷,还会受到惯性力以及罐内介质晃
动引起的冲击力的作用?。罐式集装箱的强度分析多采
转化为施加于罐体下部的压力。
用有限元方法计算“~?,得出各种应力进行校核。本文
G=
g
以某种罐式集裝箱为例,根据压力容器设计的相关规定
+2S
进行强度计算,并利用 ANSYS?软件进行有限元仿真分
析,为罐式集装箱的设计及强度校核提供参考。
式中:S为罐体部分横向投影面积
S,为封头部分横向投影面积。
1基本参数
3)惯性力
选取某种无水氨罐式集装箱进行计算分析,主要技
该罐式集装箱计算时应考虑的4种惯性力:
术参数如表1所示
1)运动方向的惯性力,大小为额定质量的两倍乘
表1式装箱的技术携数
以重力加速度
技术参放
数值
外形尺寸(LXW×Hmm
6058X2438X2591
转化为施加于封头上的压力。
整备质量/kg
4680
充装质量kg
12000
ng
满载总质量k
16680
2P1
2)
设计压力/MPa
工作温度/℃
式中:S为封头部分轴向投影面积。
体材料
Q345R
2)垂直向下的惯性力,大小为额定质量的两倍乘
壁厚/mm
16
以重力加速度。
改前日:2015-01-24
基金项目:山东省自然科学基金项目(ZR201 IBEMO10)
作者介:刘原勇(1979-),男,山东商河人,讲师,硕土,研究方向为机械结构分析优化与机械故障诊断。
第37卷第4期2015-04(下)115
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F2=2mg
式中:eo为特殊规定标准钢的最小厚度;
转化为施加于罐体下部的压力。
A为断裂伸长率。
mg
根据式(8)可以得出,罐式集装箱的最小壁厚
S8+2S
4.62n
3)横向的惯性力,大小为额定质量乘以重力加速度。
3.3按ADR与RID规定计算
g
按ADR与RID规定,罐体保证最小壁厚
转化为施加于罐体侧面压力。
PD
ク=?
2S E
S8+2S2
式中:Do为筒体直径。
4)垂直向上的惯性力,大小ト为额定质量乘以重力加速度。
代入数据,可计算出不同工况下所需的最小壁厚,
i=ing
数据和校核情况如表3所示。
转化为施加于罐体上部的压力。
表3按ADR与RID规定计算的最小骑原
工况1
工况2
工况3
工况4
S。+2S
壁厚/mm
14.07
13.58
13.47
13.47
根据上述载荷组合构成了以下四种载荷工况:
工况1:受到的力为内压、重力、运动方向的惯性力。
利用ASME-VII-1规定, IMDG Code规定和ADR与
工况2:受到的力为内压、垂直向下的惯性力。
RID规定计算的最小厚度均小于该罐式集装箱的罐体实
工况3:受到的力为内压、重力、横向的惯性力
际壁厚16mm,满足要求。但是利用上述规定仅可以校
工况4:受到的力为内压、垂直向上的惯性力。
核罐式集装箱的壁厚能否满足,但无法计算应力,需要
3罐体强度计算
进行有限元分析,以获得应力分布情况。
4有限元分析
3.1按 ASME-VIL11规定计算
根据ASME-VII-1规定,罐式集装箱罐体的筒体最
4.1建立模型
小壁厚为
采用三维设计软件UG建立该罐式集裝箱的实体模
R。P
型,导入 ANSYS软件得到分析模型,如图1所示。采用
S.E-0,6P
6) Solid20实体单元对实体模型进行网格划分,得到有限
罐体的封头最小壁厚为
元网格模型。
0.85RP
E-0.1P
式中:R。为筒体内半径;
R1为封头内半径
P为承受压力
E为焊缝系数。
代入数据,可计算出不同工况下所需的最小壁厚,
数据和校核情况如表2所示
表2按ASME-VIl1规定计算的最小壁厚
最小壁厚/mm
图1式集装箱的实体模型
位置
工况2
工况3
工况4
4.2约束条件
简体
14.17
13.67
13.56
13.56
封头
12.45
12.03
在罐式集裝箱的4个角件底部加全约束,将四种工
况下的载荷分别施加在对应的面上
3.2按 MDG Code规定计算
4.3仿真结果
按 MIDG Code规定,罐式集装箱的最小壁厚。
经过计算分析,按工况1施加的载荷时,该罐式
集裝箱的整体及各个部分的应力分布情况如图2~图5
所示。
116】第37卷第4期2015-04(7下)