[发明专利]一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法

说明书

本发明公开了一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，运用有限元的方法对液氢储罐的各工况进行结构分析，得到液氢储罐各工况下的结构应力和变形结果，确定液氢储罐是否合格，液氢储罐是否需要结构优化，从而保证液氢储罐的安全，是一种高效、精确、可控的计算方法。

技术领域

本发明涉及商用卧式液氢储罐的仿真与测试领域，具体涉及一种考虑各种工况下的液氢储罐结构分析方法。

背景技术

随着世界范围内清洁能源的推广，氢能越来越受关注，相比于电动汽车动力电池的能量密度、续航里程、充电效率等技术瓶颈，氢燃料电池车燃料来源广泛、零排放以及充电快和续航广等技术优势成为政府坚持扶持的基础。氢燃料电池汽车即以氢气为主要能源汽车。在催化剂的作用下，氢气和氧气混合后发生化学反应并产生电流，由此驱动电动机带动汽车行驶。

类似于LNG储罐，液氢罐在运输过程中会受到各个方向上加速度产生的动载影响。如果通过试验手段，观察各工况对储罐结构强度的影响，或者在结构设计方面提高结构安全系数的保守方法来增加罐体强度，不仅增加了罐体的重量和制造成本，延长了设计制造周期，安全上也存在着一定的隐患。因此急需一种准确、高效而又符合实际情况的液氢储罐结构分析方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，运用有限元的方法对液氢储罐的各工况进行结构分析，得到液氢储罐各工况下的结构应力和变形结果，确定液氢储罐是否合格，液氢储罐是否需要结构优化，从而保证液氢储罐的安全，是一种高效、精确、可控的计算方法。

本发明的另一个目的在于提供一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，依据《JB4732-1995钢制压力容器-分析设计标准(2005年确认版)》、《GBT 18442-2011低温绝热压力容器》、《JB-T4731-2005钢制卧式容器》等标准，通过与材料许用应力([σ])进行对比，用数值的方式通过对各工况下液氢储罐的模拟，更加准确地计算出所受应力大小。

本发明的另一个目的在于提供一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，相比试验测试罐体惯性承载，更加高效、精确，成本更低。

本发明的另一个目的在于提供一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，可以得到试验中无法预测的工况结果，减少重复性劳动工作。

本发明的另一个目的在于提供一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，根据模拟结果可以对模型各构件进行优化设计，保证了液氢储罐的使用安全。

通过下面的描述，本发明的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。本发明创造的目的通过以下技术方案实现：提供了一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法，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；

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；

4)合理定义所述卧式液氢储罐的工况，所述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內容器、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、所述內容器、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；