[发明专利]一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法

权利要求书

1.一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对卧式液氢储罐的内容器体、外容器体和受力构件建立三维模型，加载所述卧式液氢储罐的设计参数和定义零件的材料属性，所述受力构件包括容器体支撑件、鞍座和防旋转装置；

2)定义模型零件之间的接触，其中包括实体与壳体的接触、壳体与壳体的接触、实体与实体的接触；

3)对所述三维模型分步划分网格，所述划分网格的划分原则以遵循六面体网格为主，以遵循四边形网格为辅；进一步地，对所述内容器体、所述外容器体和所述卧式液氢储罐的内外加强圈采用Mapped FaceMeshing映射面网格划分方法，单元尺寸设置为30mm，可以得到规整的四边形网格单元；对所述鞍座和所述卧式液氢储罐的吊耳采用Mapped FaceMeshing映射面网格划分方法，单元尺寸设置为40mm，可以得到规整的四边形网格单元；对所述防旋转装置采用Mapped FaceMeshing映射面网格划分方法，单元尺寸设置为40mm，可以得到规整的四边形网格单元；对所述容器体支撑件采用Sweep扫掠网格划分方法，单元尺寸设置为20mm，可以得到六面体网格单元；最后需要对关键接触区域进行Refinement局部单元细化，具体包括：所述容器体支撑件与所述内容器体、所述外容器体的接触部位、所述内容器体的限位柱与所述内容器体的限位管玻璃钢接触部位、所述外容器体限位管与所述外容器体的接触部位；

4)合理定义所述卧式液氢储罐的工况，定义工况包括至少一运输工况、吊装工况、耐压工况、液氮维持时间工况和屈曲工况；

5)利用有限元算法，根据所述三维模型、所述设计参数和所述材料属性，在所述定义工况下所述内容器、所述外容器、和所述受力构件的载荷；利用有限元算法，在所述屈曲工况下先计算静力学结果再计算屈曲结果，然后提取一阶模态在结果中得到特征值屈曲系数；

6)依次判断所述外容器、所述内容器、所述受力构件在所述定义工况下的应力是否在许用应力以上，同时判断在所述屈曲工况下的特征值屈曲系数确定外容器是否大于3；

7)若步骤6中判断结果为是，则确定不合格，需要进行优化，待优化后，重新执行步骤5至6；

8)若步骤6中判断结果为不是，则确定合格，不需要进行优化，则结束分析。

2.根据权利要求1所述的一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，其特征在于，所述内容器体、所述外容器体、所述鞍座和所述防旋转装置采用板壳单元shell进行简化建模，所述容器体支撑件采用实体单元solid建模，简化与结构分析无关的零部件包括螺栓螺母、夹层管路和相关阀门。

3.根据权利要求1所述的一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述设计参数包括内外容器的材料名称、充装介质、工作压力、设计压力、几何容积、设计温度、腐蚀裕量、容器体计算厚度、封头计算厚度、空重、满重、绝热形式、真空设计使用年限；所述材料属性包括内外容器体材料属性、容器体支撑件材料属性、鞍座材料属性、防旋转装置材料属性。

4.根据权利要求1所述的一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述壳体与壳体的接触：所述鞍座的垫板与所述外容器体之间采用面-面接触，接触行为采用Bonded约束，接触算法采用多点约束法(MPC法)，同时设置Pinball区域，半径为20mm，保证Pinball半径大于最小的缝隙距离。