[发明专利]一种提高液氢储罐防旋转装置有限元分析精度的方法

说明书

本发明公开了一种提高液氢储罐防旋转装置有限元分析精度的方法，主要涉及液氢储罐液氢储罐应力分析技术领域，其中包括以下步骤：(1)创建静力学分析模块，建立液氢储罐的三维模型，并针对储罐模型进行结构静力分析，得到主模型的应力和应变结果；(2)在上述结构静力分析的基础上，创建子模型分析模块，切割防旋转装置的子模型，加载切割边界的位移载荷，并针对防旋转装置进行有限元分析，得到其应力分布结果。本发明提高了液氢储罐防旋转装置的计算分析精度，降低计算规模和计算成本，有效地解决了液氢罐体关键部位网格划分质量与计算精度之间的平衡，可以广泛应用于各类液氢储罐分析项目中。

技术领域

本发明涉及液氢储罐应力分析技术领域，特别涉及到一种提高液氢储罐防旋转装置有限元分析精度的方法。

背景技术

为应对日趋严重的能源危机和环境问题，清洁能源的开发与利用受到社会各界越来越多的关注。氢能作为最高效清洁的燃料能源，被广泛应用于生产与生活中的各个领域，其中，储氢容器的设计和制造也是氢能技术研究的重点之一。随着基于有限元法的计算机辅助工程技术CAE及其软件的发展和逐渐成熟，液氢储罐的设计与测试也广泛应用了仿真测试方法，用来模拟测试储罐在不同工况下的应力情况，优化储罐的设计方案。

但是，液氢储罐的结构随着市场需求的增加日益复杂，例如在储罐上增加了防旋转装置，该装置受力较大且结构复杂，是有限元分析时的难点。在运用传统的有限元分析方法对整个储罐进行应力分析时，一般会先用较粗的网格对整个储罐进行网格划分，在分析后找到应力较大的部位，即液氢储罐上的防旋转装置，然后就防旋转装置进行网格细分，再对整个储罐模型进行分析以确定较为精确的应力，这样反复几次直到防旋转装置的应力出现收敛时，就停止网格细分，将此结果作为此点的应力计算结果，但在每次计算时，都需要针对整个模型进行分析，计算效率很低，时常还存在对储罐的模型分析的精度不够，从而导致分析结果可信度不高，特别是对于防旋转装置的分析，常常出现应力集中现象，为了得到应力的收敛值，需要对应力集中点反复加密网格，然后对整个储罐模型进行计算，这样的反复计算耗时过长，因此需要改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高液氢储罐防旋转装置分析精度的方法，能够有效地提高防旋转装置的分析结果的精度和分析效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种提高液氢储罐防旋转装置有限元分析精度的方法，包括以下步骤：

步骤一，创建静力学分析模块，建立液氢储罐的三维模型，包括外罐体、内罐体、鞍座、防旋转装置、夹层支撑管件等部件，并针对储罐模型进行结构静力分析，得到主模型的应力和应变结果，具体包括以下子步骤：

S11：在静力学分析模块中构建液氢储罐的三维模型，并定义各零部件的材料类型，主要包括各类材料的弹性模量和泊松比；

S12：进行有限元网格划分，并定义各零件之间的接触关系将它们装配在一起；

S13：针对上述处理好的液氢储罐模型施加荷载，具体包括液氢储罐模型整体施加重力G，在鞍座底面施加固定载荷，对内外容器施加0.1MPa压力P，以及定义液氢储罐受到前进方向8g冲击加速度F；

S14：利用有限元分析算法(FEM)，根据液氢储罐的三维模型及其载荷约束条件，求解液氢储罐主模型的应力和应变结果；

步骤二，在上述结构静力分析的基础上，创建子模型分析模块，切割防旋转装置的子模型，包括外加强环、内加强环、玻璃钢板、内罐体限位柱、定位环、限位管顶盖、外罐体限位管，并针对防旋转装置进行有限元分析，得到其应力分布结果，具体包括以下子步骤：

S21：基于已获得的液氢储罐主模型的材料分布和应力分析结果，在子模型分析模块中利用slice切割方法建立液氢储罐防旋转装置的局部分析结构；

S22：重新定义防旋转装置子模型各类零部件之间的接触；