長管拖車氣瓶瓶口強度數(shù)值研究.pdf

1、長管拖車是一種移動式壓力容器，在我國，長管拖車被廣泛應(yīng)用于以壓縮天然氣為主的工業(yè)氣體的異地輸送。長管拖車是由牽引車頭、半掛車架、大容積鋼制無縫氣瓶組、安全附件以及其他相關(guān)零部件組裝而成的特種車輛，大容積鋼制無縫氣瓶通過兩端瓶口外螺紋以螺紋連接方式固定于拖車框架內(nèi)。對在役長管拖車開展定期檢驗的過程中，發(fā)現(xiàn)氣瓶瓶口外螺紋磨損現(xiàn)象非常普遍，形成了不容忽視的安全隱患。而對于磨損嚴(yán)重的氣瓶，往往采用重新機加工瓶口外螺紋的方法進行修復(fù)，但是，壁厚的

2、整體減薄會削弱瓶口的強度。因此，研究長管拖車氣瓶瓶口外螺紋的磨損原因以及瓶口強度的削弱具有十分重要的工程意義。
　　本文在國家質(zhì)檢總局科技計劃項目“長管拖車氣瓶瓶口強度削弱分析與評價方法研究”（項目編號:2013QK021）的資助下，對長管拖車在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了調(diào)研統(tǒng)計，并針對氣瓶瓶口螺紋磨損與強度削弱問題進行了數(shù)值研究。本文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)我國長管拖車應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)研統(tǒng)計。調(diào)研統(tǒng)計了國內(nèi)在役長管拖車

3、的基本信息，了解了國內(nèi)長管拖車使用現(xiàn)狀的基本特點，主要體現(xiàn)在:長管拖車年度投入使用量高速增長，并且廣泛應(yīng)用于國內(nèi)三十個省級行政區(qū);在役長管拖車氣瓶呈現(xiàn)出大型化的應(yīng)用趨勢，傳統(tǒng)小直徑氣瓶幾乎不再投入市場;氣瓶瓶口外螺紋的磨損為在役氣瓶的典型缺陷。針對長管拖車氣瓶瓶口外螺紋磨損嚴(yán)重的問題，基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行了磨損的初步分析，證實了長管拖車使用地域、外螺紋結(jié)構(gòu)、瓶體布置位置等因素都會影響長管拖車氣瓶外螺紋磨損情況。
　　(2)長管拖車氣

4、瓶外螺紋結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的數(shù)值研究。建立了包含氣瓶、法蘭與支撐鋼板的二維軸對稱模型，進行結(jié)構(gòu)的彈塑性分析。數(shù)值分析表明:內(nèi)壓載荷與慣性載荷的共同作用下，氣瓶外表面第一圈嚙合螺紋根部應(yīng)力強度較大且高于材料屈服強度，這可能造成局部螺紋結(jié)構(gòu)的應(yīng)變強化并使得材料變脆。在內(nèi)壓的循環(huán)與慣性載荷的往復(fù)作用下將產(chǎn)生交變的接觸應(yīng)力，其長期作用下可導(dǎo)致螺紋摩擦表面或表面層內(nèi)形成裂紋并擴展，使材料表層剝落，最終表現(xiàn)為螺紋的磨損。因此，本文認為表面接觸疲勞磨損是氣

5、瓶外螺紋磨損的重要原因，而嚙合螺紋承載應(yīng)力的高度集中性則決定了螺紋磨損沿著氣瓶軸線方向的遞進分布特點。
　　(3)長管拖車氣瓶瓶口強度削弱數(shù)值研究。在保守忽略螺牙實體的基礎(chǔ)上，建立了氣瓶與支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型以及重新加工外螺紋后的氣瓶有限元模型，對數(shù)值模型在內(nèi)壓、慣性力以及自重載荷作用下進行了數(shù)值分析，研究表明:瓶口外側(cè)開設(shè)銷孔與重新加工瓶口外螺紋會削弱氣瓶瓶口的強度。以瓶口應(yīng)力不超過瓶體最大應(yīng)力為基準(zhǔn)，則本文計算所用規(guī)格的長管拖