基于ANSYS对车用全复合材料CNG气瓶的安全研究

基于车用全复合材料CNG气瓶近年发生爆炸事故和定期检验中合格率偏低,主要问题在于气瓶内胆存在裂纹、开裂等缺陷。应用ANSYS有限元软件对现役全复合材料气瓶进行模拟,采用自上而下的建模方法,对全复合材料CNG气瓶进行建模,计算、分析全复合材料CNG气瓶在工作压力、试验压力、爆破压力下的应力、应变分布。模拟计算结论为现役全复合材料CNG气瓶出现的裂纹、开裂等缺陷与内胆材料强度不足和气瓶结构设计密切相关。全复合材料CNG气瓶的设计制造阶段要充分考虑内胆材料强度,合理选材,进一步完善气瓶瓶身与瓶阀过渡区域的结构设计,提出改进检验工艺方案。     

气瓶火烧试验的热及力学响应数值模拟研究

火烧试验中,气瓶内流体介质的温度和压力及气瓶壁的温度不断升高,导致气瓶破裂。基于分区求解、边界耦合数值解法和流固耦合传热理论,采用计算流体力学软件Fluent,建立燃烧火焰模型和气瓶传热(包括气瓶壁及其内部介质)耦合模型并进行计算,得到燃烧火焰的温度场、热流密度分布与气瓶的温度场及其内部介质的温度场、流场和压力场。通过节点插值方法,实现Fluent热边界无缝转化到有限元软件Ansys中继而进行热-结构分析。利用Fluent和Ansys联合仿真模拟预测气瓶爆破时间,对于气瓶的灭火救援具有一定的指导意义。     

爆破片—易熔合金泄压装置在CNG长管拖车火灾环境下的响应行为研究

针对CNG长管拖车爆破片—易熔合金塞组合装置独特的结构形式及其在火灾事故中的响应特点,采用火烧试验的手段探究了爆破片—易熔合金塞组合泄压装置发生动作的外部受火条件及内在泄放规律。试验结果表明,在火焰包覆工况下,易熔合金能迅速融化,瓶内气体安全泄放,且泄放压力低于设计泄放压力;然而在隔离火焰的工况下,仅靠热传导作用无法实现易熔合金在较短的时间内动作,致使气瓶长期处于火灾的环境下,加大了气瓶爆炸风险。     

纤维缠绕大容积气瓶火烧试验及数值仿真

为研究火灾环境下纤维缠绕大容积气瓶安全性能,开展气瓶火烧试验,并利用计算流体动力学(CFD)方法对气瓶火烧试验过程进行数值仿真,分析燃烧温度分布、气瓶外壁热流密度分布及瓶内气体压升、温升变化。对比分析试验和仿真结果,发现正对火焰的气瓶瓶体底部热流密度高,且易导致局部失效,气瓶内气体温度分布不均匀;模拟结果与试验结果吻合良好,说明用数值仿真技术可得到较准确的气瓶等压力容器火烧试验过程中容器内流体的热响应特征。     

气瓶设计常见问题分析

本文对目前气瓶设计存在的常见问题进行了总结归纳,归纳出的问题主要有设计文件内容不完善、设计属性和鉴定属性定义不明确、"同一设计、系列参数"设计不规范以及材料强度保证值取值、最小爆破压力计算、低温绝热气瓶最大充装量计算、阀门设计、纤维缠绕气瓶缠绕层选材几个方面,对每个方面的问题均作了剖析,并提出了解决问题的建议,可以为气瓶设计和设计文件鉴定工作提供参考。     

加氢站用45 MPa高压储氢瓶式容器火烧试验模拟*

为研究加氢站用高压储氢容器在火灾下的安全性能,采用计算流体力学（CFD）方法对45 MPa高压储氢瓶式容器火烧试验过程进行模拟研究,结合气瓶火烧试验,分析高压储氢容器火灾下的热响应过程,研究不同因素对储氢容器压力泄放装置动作时间的影响。结果表明:613 s以内试验压力与模拟数据的最大相对误差为3.9%,模型误差在可接受范围;不同充装介质对安全泄放装置动作时间影响不大;不同充装压力对容器内介质压升速率影响较大,充装水平较高时压力泄放装置更快动作,较低的充装压力下容器内介质温升较快;不同环境温度对介质温升影响较小。     

核电事故工况下温度对压力容器爆破压力的影响

通过建立反应堆压力容器的二维ANSYS有限元模型,考虑不同温度下的材料性能变化,计算了压力容器在不同温度下的热应力和压应力耦合时的应力强度,以及标准工作状态下的爆破压力,根据模拟结果得出温度与应力强度之间的关系。     

一种大容积钢质无缝气瓶盛装低压液化气体时安全泄放量的计算方法

本文针对大容积钢质无缝气瓶盛装低压液化气体时的泄放面积计算进行了讨论,主要就低压液化气体公称工作压力和充装系数确定原则,低压液化气体在充满钢瓶时是处于什么状态及钢瓶"满液"后温度和压力变化的情况进行了论述。本文以液氨为例计算了钢瓶达到爆破压力时介质温度变化情况及需要的安全泄放面积。结果表明低压液化气体应避免过量充装并且应选择合适的安全泄放装置。     

爆破片装置的常用术语定义

1.规定爆破压力:指特定温度下爆破片的爆破压力,一般即为设计爆破压力。 2.实验爆破压力:在进行确定规定爆破压力的爆破试验中所测出的实际爆破压力。 3.爆破压力允差:实验爆破压力与规定爆破压力间的允许偏差值。 4.调定压力:即爆破片的规定爆破压力。 5.标记爆破压力;即在爆破片上标记的爆破压力。 6.许用压力:指能在规定温度下使用的压力,在此压力下使用不会影响爆破片的性能。 7.许用温度;指在不超过规定压力情况下使用的最高温度,在此温度下使用不影响爆破片的性能。爆破片装置的常用术语定义@宋鸿铭 @周婉珍…     

《气瓶用爆破片安全装置》解读

正GB/T 16918-2017《气瓶用爆破片安全装置》已经于2017年10月发布,2018年5月1日实施,此标准替代GB 16918-1997《气瓶用爆破片技术条件》。修订背景气瓶作为一种典型的压力容器,在使用过程中具有超压风险。科学合理地设置爆破片装置,是保证气瓶在超压工况下安全使用的可靠方法。采用标准的形式对气瓶设置爆破片进行科学规定,是保障气瓶安     

不能用未经试验的材质做安全附件

今年,我厂空分车间充氧间一只氧气钢瓶的安全帽突然爆破,140公斤压力的气体猛烈冲出,引起瓶体剧烈震动,撞翻了相邻的一只气瓶,相邻的气瓶又撞翻了第3只气瓶……。这样,一只接着一只共撞翻了12只,损坏阀门手轮4个,险些发生恶性爆炸事故。 安全帽突然爆破的这只气瓶,是外单位委托我厂修理后充气的。气瓶原来没有安全片,工人用手工剪切紫铜片给配制了一个。因紫铜的强度比黄铜低(按规定安全片应用黄铜),又因手工制作达不到工艺要求,因此在低于规定压力150公斤的情况下爆破了。加以钢瓶码放的距离太近,又未用架子固定,以致引起了连锁反应。 这次…     

气瓶爆炸事故常见原因

气瓶发生爆炸事故的原因,常见的有如下几类: （1）盛装液化气体钢瓶,在温度升高时,所装液态气体的体积膨胀,把原来的气相空间充满,使气瓶压力急剧增高,当压力超越气瓶极限强度时,致使气瓶爆炸。（2）气瓶安全装置失灵,如压缩气体气瓶安全防爆膜太厚,以致气瓶超压后,防爆膜不起作用;或者液化     

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

基于氢气充放试验及数值模拟的储氢气瓶安全评价

储氢气瓶是新能源汽车的重要储能设备,其可靠性直接关系到汽车的安全性。研究了不同环境温度下,35 MPa铝合金内胆车用储氢III型气瓶在充放气时的最终温度和应力分布情况,并对其安全性进行了评价。借助试验测试平台,在不同温度下进行了实际充放试验。试验过程中无漏气现象,且最终温度符合要求,表明储氢气瓶在试验条件下是安全的。由此,在获得了储氢气瓶充放时热响应规律的基础上,对不同温度下的氢气充放过程进行了数值模拟,得到其应力分布情况。结果表明,储氢气瓶复合层的应力远小于其材料抗拉强度,即内胆和复合层的强度均可视为满足要求。研究结果可为储氢气瓶的试验开展、安全评价、寿命预测提供依据。     

库房火灾事故中弹药热安全性研究*

为研究不同火灾条件下弹药发生慢速烤燃的升温速率,以典型地面仓库和舰船舱室火灾为研究对象,建立仿真模型,模拟计算发生火灾时弹药贮存环境的热激源强度及其演化规律,针对发动机在此类环境下的热安全性开展仿真计算,分析其响应规律。研究结果表明:不同火灾条件下弹药慢速烤燃的升温速率有很大区别且往往高于标准慢速烤燃试验常用的升温速率3.3 K/h。随着慢速烤燃升温速率的提高,发动机烤燃点火时间提前,点火时刻发动机中间位置温度下降,两端温度升高,且点火位置向发动机喉部移动。研究结果可以指导弹药库房的设计及弹药安全性增强设计。     

环向缠绕气瓶金属内胆表面裂纹的应力强度因子计算

本文利用弹塑性理论对环向缠绕气瓶自紧及服役工况进行应力分析,推导得出不同工况下,气瓶的复合材料和内胆的应力、应变计算公式,并展开讨论。以金属内胆应力计算公式为基础,借鉴平板椭圆形表面裂纹应力强度因子公式,给出了金属内胆表面椭圆形裂纹应力强度因子的计算方法。通过算例表明,内胆裂纹的应力强度因子除与裂纹几何参量、气瓶内压相关,还与气瓶制造时自紧工艺相关,同一气瓶设计,最小、最大自紧引起的应力强度因子相差36%。     

钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价

综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的参数,利用数值模拟程序分析火灾高温下钢筋混凝土矩形截面梁的温度分布,研究了保护层厚度对ISO 834标准火灾升温过程中钢筋混凝土矩形截面梁极限弯矩的时变效应规律.在此基础上,建立了钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价模型,提供了相应的计算方法,分析了不同温度下钢筋和混凝土的弹性模量损伤度及强度损伤度,对火灾高温下不同时间钢筋混凝土梁桥安全指标实现了量化归类.结果表明:在火灾高温作用下混凝土弹性模量比其相应强度更容易损伤,损伤速率大;火灾时间和保护层厚度对钢筋混凝土梁极限弯矩和安全等级有较大影响;火灾高温超过40 min后,梁的极限弯矩直线下降,100 min左右,可达严重损伤;钢筋混凝土梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系;提高混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁的耐火极限和安全等级.     

非重复充装气瓶的爆裂原因分析

本文通过采用外观检测、材料分析、爆破片爆破压力测定等手段,对一起盛装制冷剂的非重复充装焊接气瓶的爆裂原因展开分析,找出爆裂主因,并提出预防措施。     

自紧压力对玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳性能的影响

运用有限元分析软件,分析了不同的自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳性能的影响,采用新的许用应力幅度一循环次数曲线代替JB4752,对不同自紧压力下的疲劳寿命进行了计算,认为不经过自紧只打水压试验是无法满足气瓶疲劳试验要求的。     

火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(II)：实际火灾环境计算

目前各国规范给出的计算火灾下有匀质防火保护的钢构件温度的公式都是基于标准火灾环境得到。标准火灾只包含升温段而实际火灾包括升温段和降温段。考察了将现有公式用于实际火灾环境计算的有效性。通过工况分析,考察了不同火灾、不同厚度、不同截面和不同防火涂料情形下的钢材温度。通过与有限元分析的结果比较,我国规范推荐的公式给出的钢材温度与有限元结果符合最好。研究同时表明欧洲规范中使用的避免升温早期负钢材温度增量的方法,即升温段当计算得到的钢材温度为负值时取增量为0,会引起最高钢材温度和降温段钢材温度的偏高,不适用于实际火灾环境计算。综合而言,我国规范最适用于实际火灾环境计算。