[发明专利]一种含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法

说明书

本发明为含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法，包括以下内容：对含液罐车进行路谱载荷作用下的流固耦合随机振动分析，获取关注位置的随机疲劳损伤系数，以此为基准对含液罐车罐体计算模型与载荷进行简化。对简化模型施加0‑1倍的当量加速度、0‑2倍的当量加速度、0‑3倍的当量加速度，在载荷范围内对罐体施加内压的前提下进行循环塑性分析，得到罐体支撑区的棘轮应变规律，进而得到了结构的随机棘轮效应损伤系数，将随机棘轮效应损伤系数与随机疲劳损伤系数叠加，给出了罐车支撑区在路谱载荷作用下随机棘轮疲劳多损伤系数。随机棘轮疲劳多损伤系数用于结构在该区域的完整性评价，当随机棘轮疲劳多损伤系数不小于1时认为会产生疲劳破坏。

技术领域

本发明涉及含液罐车的随机疲劳损伤领域，尤其是一种含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法。

背景技术

随着能源工业的迅速发展，鉴于液化天然气(LNG)、液氢、液氧等可高效运输的优越性，低温液体运输已成为目前不可或缺的运输手段。低温液体的公路运输多采用半挂车，由半挂车内容器盛装低温介质，针对其运输过程中的安全性问题，目前JB/T4780-2002《液化天然气罐式集装箱》、JB/T4781-2005《液化气体罐式集装箱》给出的主要设计依据仍然是基于GB150《固定式压力容器》与JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》的静强度设计，而对于运输中因路面颠簸、加速、制动与转弯等造成的惯性力仅以静强度作为校核依据是远远不够的。

对于内容器支撑部位，既存在内压引起的较大的平均应力，又会在此应力基础上叠加惯性力引起的交变应力，极易发生循环塑性累积即棘轮效应以及棘轮效应与低周疲劳相互作用导致的损伤破坏。此外，罐体在运输过程中还会承受路面载荷谱的作用，但路面载荷谱在罐体与行走机构连接部位以及内容器与外壳相互支撑部位的造成的疲劳损伤研究还是空白，支撑部位高应力区棘轮效应与疲劳交互作用引起的多损伤失效评价方法还未建立。

为了保证轻量化设计进程中液化气罐车安全可靠，本发明提出了一种含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法。该方法考虑了液体存在情况下、路面载荷谱作用下的疲劳损伤，校核更加准确。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种含液罐车随机棘轮疲劳多损伤评价方法，该方法包括以下内容：

对含液罐车建立有限元模型并进行流固耦合模态分析；

在确定的行驶速度及路面等级条件下，将空间频率功率谱密度转化为时间频率位移功率谱密度；

将时间频率位移功率谱密度作为激励，在流固耦合模态分析基础上进行随机振动响应分析，根据基于Gauss分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法对LNG罐车内容器支撑区进行了随机疲劳分析，得到了结构的随机疲劳损伤系数，作为模型简化以及载荷简化的比较基准；

对含液罐车所建立的有限元模型进行第一步简化，对液体进行当量简化，即将液体质量以密度的形式当量到内容器罐壁上，使其随机振动响应特性与含液罐车响应相当，即具有相近的1σ最大应力解及特征频率，进而确定当前含液罐车的液体当量的比例；

在确定了与含液罐车具有相同随机振动响应特性的液体当量比例后，对有限元模型及路谱载荷做第二步简化，即省去弹簧支撑，将路谱载荷简化为n倍的重力加速度g，进行静力计算时，施加当量的加速度，使内容器支撑区的应力响应与含液罐车1σ(σ指标准偏差)应力解相当，确定当前含液罐车的当量加速度；

确定液体当量的比例和当量加速度后，及在省去弹簧支撑后获得最终的含液罐体的简化模型，对这一简化模型进行静力分析，得到与当前含液罐车相当的1σ应力解，直接按基于Gauss分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行疲劳损伤评价，获得随机疲劳损伤系数；