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基于ANSYS的CNG储气钢瓶的可靠性分析和疲劳分析

作　者: 杜军鸽
导　师: 张亚新
学　校: 新疆大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 故障树分析方法可靠性分析疲劳分析 S-N曲线蒙特卡罗法
分类号: TH49
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

天然气清洁、高效,是国际公认的绿色能源。随着天然气时代的到来,压缩天气(CNG)技术已趋于成熟, CNG储气钢瓶是用来储存和运输压缩天然气的高压容器。目前,压缩天然气成为我国大力发展的气源。然而,近几年来,由于CNG储气钢瓶在制造、使用、检测保养等方面存在着种种缺陷,发生了不少爆炸事故。因此,为避免事故发生,应对CNG储气钢瓶进行分析研究。首先,本文用故障树分析方法对引起CNG储气钢瓶爆炸事故的原因进行分析,对尚未发生过的事故也可以进行预先分析,从而提出预防CNG储气钢瓶爆炸事故的对策。其次,本文采用理论计算的方法计算了CNG储气钢瓶的可靠度。再次,本文基于ANSYS软件对CNG储气钢瓶进行了应力分析,给出应力分布云图,并且提取了发生最大应力的节点号;基于应力分析的结果,采用ANSYS对CNG储气钢瓶进行了疲劳分析,结果显示CNG储气钢瓶在设置使用寿命内是有效的,其疲劳积累损伤系数小于1,说明其可以满足疲劳强度要求。最后,本文介绍了ANSYS有限元法在可靠性分析中的应用,给出了ANSYS进行可靠性分析的常用方法及分析步骤;并对CNG储气钢瓶进行了可靠性分析,基于ANSYS的分析结果,给出了CNG储气钢瓶的可靠度。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
一、引言  6-14
  （一）选题背景  6-9
    1、CNG的作用  6-7
    2、CNG的国内外使用情况  7-8
    3、目前存在的问题  8-9
  （二） CNG储气钢瓶概述  9-13
    1、 CNG储气钢瓶的主要工作参数及材质  9
    2、 CNG储气钢瓶的制造  9-11
    3、 CNG储气钢瓶的检测  11-12
    4、 CNG储气钢瓶的发展及前景  12
    5、 CNG储气钢瓶目前存在的主要问题  12-13
  （三）本文的主要内容  13-14
二、CNG储气钢瓶失效的故障树分析  14-25
  （一）故障树分析方法  14-15
  （二）影响CNG储气钢瓶安全的主要因素分析  15-19
    1、储存的天然气气质不佳  15-16
    2、 CNG钢瓶材质不佳  16-18
    3、人员操作不当  18
    4、检测中存在的问题  18
    5、监控措施失效  18
    6、防范措施不够或防范设备失效  18-19
  （三） CNG储气钢瓶爆炸故障树分析  19-22
    1、 CNG储气钢瓶爆炸故障树逻辑关系图  20
    2、 CNG储气钢瓶爆炸故障树的最小割集  20-21
    3、 CNG储气钢瓶爆炸故障树的结构重要度分析  21-22
  （四）使用建议及应用推广分析  22-25
    1、确保CNG储气钢瓶报警器灵敏可靠  22
    2、控制硫化氢含量  22
    3、加强CNG储气钢瓶材质研究  22-23
    4、强调安全管理规程、加强操作人员的培训  23
    5、加强储气装置检测技术的研究  23-25
三、基于概率理论的CNG储气钢瓶可靠性计算  25-36
  （一）概述  25-26
  （二）可靠度的概念  26
  （三）可靠性中常用的概率分布  26-31
    1、离散型随机变量的几种常见分布  27-29
    2、连续型随机变量的几种常见分布  29-31
  （四）压力容器的可靠性分析  31-33
    1、可靠性分析的理论依据  31-32
    2、压力容器的可靠性分析  32-33
  （五） CNG储气钢瓶的可靠度计算  33-36
    1、随机输入变量的概率分布类型及参数的确定  33-34
    2、 CNG储气钢瓶的可靠度计算  34-36
四、基于ANSYS的CNG储气钢瓶疲劳分析  36-53
  （一）有限元软件ANSYS在化工机械中的应用  36-39
    1、有限元软件ANSYS简介  37
    2、 A NSYS的功能  37-38
    3、 A NSYS的主要技术特点  38-39
    4、 A NSYS的分析过程  39
  （二）疲劳分析概述  39-42
    1、疲劳破坏定义及影响因素  40
    2、疲劳破坏特征  40
    3、 S -N曲线  40-42
    4、疲劳积累损伤系数  42
  （三） ANSYS在疲劳分析中的应用  42-45
    1、 ANSYS处理疲劳的过程  43
    2、基本术语  43-44
    3、疲劳分析过程  44-45
  （四）基于ANSYS的CNG储气钢瓶疲劳分析  45-53
    1、问题描述  45-46
    2、 CNG储气钢瓶的应力分析  46-50
    3、 CNG储气钢瓶的疲劳分析  50-53
五、基于ANSYS的CNG储气钢瓶可靠性分析  53-71
  （一）结构可靠性概述  53-54
  （二）有限元法在可靠性分析中的应用  54-63
    1、概述  54-55
    2、概率有限元的基本原理  55-60
    3、采用ANSYS软件的可靠性分析过程与步骤  60-63
  （三）基于ANSYS的CNG储气钢瓶可靠性分析  63-70
    1、问题描述  63
    2、生成分析文件  63-66
    3、可靠性分析  66-67
    4、可靠性结果输出  67-70
  （四）基于ANSYS的CNG储气钢瓶可靠性分析的结果与讨论  70-71
六、结束语  71-72
参考文献  72-76
在校期间发表论文清单  76-77
致谢  77-78

基于ANSYS的CNG储气钢瓶的可靠性分析和疲劳分析

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