立式低温绝热气瓶外壳上封头冲击稳定性分析.pdf

设计计算
立式低温绝热气瓶外売上封头冲击稳定性分析
陆怡徐铭张琪
(常州大学机械工程学院,江苏常州213164
摘要.立式低温绝热气瓶在吊装或运输过程中,由于野寶作业或者意外造成气瓶从空中跌落,使外
売上封头顶部可能出现下塌,导致气瓶损坏。利用 ANSYS/IS-DYNA的隐式一显式序列求解对
立式气瓶跌落的情况进行模拟,研究气瓶跌落过程的碰撞冲击情况,并分析外壳上封头的应力和应
变状况、分析表明,裝满低温液体的立式低温绝热气瓶外売上封头与集管头连接区域在气瓶跌落
时容易发生屈曲失稳冲击稳定性分析结果可以为进一步改进气瓶的结构,增强外売上封头的抗
屈曲能力提供依据
关键词:低溫绝热气瓶;跌落碰擿:隐式一显式序列求解; ANSYS/IS-DYNA:屈曲
中图分类号:m49:T68文献标志码-B文章编号:1001-4837(2014)08-008-06
doi:10.3969/j,1isn.1001-4837,2014.08.008
Impact Stability Analysis of Outer Upper Head of
Cryogenic Insulated-cylinders
LU Yi XU MINGZHANG Qi
College of Mechanical Engineering Changzhou University, Changzhou 213164. China
Abstract The vertical cryogenic insulaled-cylinders fall from the sky during the process of hoisting or
transporting due to brutal assignments or accident. which may result in the buckling deformation of the up
per head. ANSYS/IS-DYNA code is used to simulate the vertical cylinders falling condition. The
orocess of collision impact during the falling is studied. Then the stress and strain of the outer upper head
is also investigated. The result shows that when the liquid-filled vertical cryogenic insulated-cylinders
fall down the buckling failure will lake place easily in the region where the outer upper head connects
with pipe distribution. Impact stability analysis results can provide evidence for further improving the
structure of the cylinder and enhancing ability to resist buckling for the outer upper head
Key words'cryogenic insulated cylinders' drop impact'implicit-to-explicit sequential solution AN-
SYS/LS -DYNA'BUCKLING
低温绝热气瓶多采用高真空多层绝热的双筒体结
引言
构,由内胆外売和之间的绝热材料组成内胆内
盛装
等液化气体,内胆主要通过颈管悬
立式低温绝热气瓶是基于杜瓦瓶结构发展起挂在集管头上,集管头与外壳上封头焊接
来的一种移动式低温容器目前,工业化生产的
由于内胆及所装低温液体的重量都是通过颈
第31卷第g期
压力容器
总第261期
管、集管头悬挂于外売上封头上,所以外壳上封头及底座均采用不锈钢06cr19Ni0材料制造,在底
承受很大载荷,在振动或者冲击载荷的工作环境座与外下封头之间为橡胶材料,起减震作用-4。
下,外壳上封头顶部靠近集管头附近易发生屈曲,裙座减震圏和下支撑通过螺栓连接,螺栓为奧氏
出现下塌失稳。绝热气瓶在使用或装卸过程中,体钢制,规格为M12x70,材料为A2-70抗拉强
可能从空中跌落,与地面发生沖击,所以研究盛装度700MPa。
液体的气瓶的跌落情况和动态响应就显得尤为必
气瓶的外壳封头为碟形封头,内胆封头为标
要由于气瓶跌落时与地面的冲击时间很短,利准椭圆形封头。内外筒体之间支撑通过上部颈管
用试验測试的方法不仅成本高而且很难测得全面连接,各种管路经过颈管从集管头引出与阓门相
的物理量,而利用有限元分析方法就可以大大减连り,见图」。假设容器内充装的低温液氮,其内
少研究成本,提高效率文中运用通用非线性动胆内表面与液体接触的表面温度为7K?此温度
力有限元分析软件 ANSYS/IS-DYNA对气瓶的下内筒体材料的弹性模量为2.14x10MPa泊松
跌落碰撞和冲击稳定性进行仿真分析,得到气瓶比0.2788。外売处常温下的材料性能参数如表
跌落的应力图解変形趋势及屈曲关键点的应1所示6
力时间变化曲线甲通过对数据的分析处理
表1主要材料参数
结果,为立式低温绝热气瓶的结构设计和优化提
供依据
材料
06Cr19Ni10
A2-70
弹性模量/MPa
2×105
2×10°
气瓶跌落碰撞冲击稳定性有限元数值模拟
屈服强度/MPa
由于气瓶在跌落之前内胆充满低温液体,并
抗拉强度/MPa
700
有内压力,模型将产生初始应力。在 ANSYS/Is
密度kg,m-3
DYNA分析中.,对于承受预载荷的结构,因不能
7800
7800
判斷预载荷是否会对结构的动态响应产生作用,
泊松比
0.29
就需要采用隐式_显式序列求解法模拟气瓶的跌
落过程,进行气瓶跌落碰撞冲击稳定性分析
结构的碰撞冲击稳定性问题属于高度非线性
1.1气瓶结构和材料参数
问题,故采用双线性弹塑性模型来考虑材料的性
图1示出DPU450-175-1.37型低温绝热能。因此,除表1中所列的材料性能参数外,还需
气瓶结构
要引入材料的切线模量。切线模量代表了应
力应变曲线达到屈服点后硬化阶段的斜率,可
以通过下式即计算得到:
保千
支架减震圈
集管头
下支撑螺栓
式中
E=(on-5∮疼的抗拉强度(MP2和聖性
颈管
应变
外简体
座、螺母
?。一真实的屈服应力(MP2)和应変
内简体
计算可得o6cn19il0和A2-70的切线模量
E,分别为792-1226.MPa
壁厚
对于橡胶减震圈,选用s-DYNA材料库中
底座组件
的二参数 Mooney- Rivlin材料模型,橡胶参数
Cne=0.55Co=0.17,密度为n8oks/m3泊松
比为0.49
图1低温绝热气瓶结构简图
1.2隐式求解分析
低温绝热气瓶为