基于LS-DYNA的高压气瓶跌落仿真分析
发布时间：2023-11-21 10:18:59 来源：文档文库
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第３６卷第２期 ２０１３年４月 武汉科技大学学报 Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１３ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 基于ＬＳ—ＤＹＮＡ的高压气瓶跌落仿真分析 陈 飞，岳应娟，杜小军，杜海霞，阳建红 （第二炮兵工程大学理学院，陕西西安，７１００２５） 摘要：采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ中的ＬＳ－ＤＹＮＡ模块对高压气瓶在无内压的状态下进行跌落仿真分析。 气瓶跌落高度设为２ ｍ，并分别以水平、４５。倾斜、垂直３种角度自由跌落。结果表明，水平跌落时，气瓶肩部 受力最大，为５０５ ＭＰａ，气瓶没有发生塑性变形；４５。倾斜跌落时，气瓶与地面接触部位应力最大，为７３４ ＭＰａ， 接近材料的屈服强度，气瓶发生塑性变形；垂直跌落时，气瓶所受冲击力最大，最大应力为１５００ ＭＰａ，远大于 材料的屈服强度，气瓶发生较大塑性变形；４５。倾斜跌落和垂直跌落时，气瓶均处于危险状态。 关键词：气瓶；跌落仿真；有限元；冲击 中图分类号：０３４７．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—３６４４（２０１２）０２—０１４６—０４ 高压气瓶在航天、石油、化工等领域应用比较 广泛，近年来在导弹武器系统中也得以应用。高 压气瓶使用环境比较恶劣，在使用过程中难免受 到冲击或发生跌落，这些都可能导致气瓶损坏甚 至爆炸，进而威胁到武器系统安全，所以有必要对 气瓶的抗冲击性能进行研究。以前的研究主要采 用跌落实验的方法，但由于跌落是一个冲击过程， 其作用时间很短，实验不易控制，测到的物理量也 很有限，无法获得空间、时间上的连续结果，不可 图１气瓶有限元模型 Ｆｉｇ．１ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｇａｓ ｃｙｌｉｎｄｅｒ 能完整地体现气瓶跌落时的结构响应过程和变形 机理［１］，而计算机模拟技术则能够很好地解决这 类问题。因此，本文拟采用有限元分析软件ＡＮ— ＳＹＳ中的ＬＳ—ＤＹＮＡ模块对高压气瓶在无内压 数值计算中气瓶材料的本构关系采用与应变 率相关的各向同性强化模式＿２ ］，具体形式为： 广 ｄ—１／Ｐ１ ｌ１＋（ ） Ｉ（ ＋ ｓ ） （１） 的状态下进行跌落仿真分析，以期迅速而准确地 得到气瓶的应力、应变等各种参数，进而可对其安 全性进行评估。 式中： 。为材料静态屈服应力；￡ 为失效应变；Ｃ 和Ｐ为Ｃｏｗｐｅｒ—Ｓｙｍｏｎｄｓ应变率参数，它们表征 了材料的应变率敏感特性；Ｅ 为切线模量； 为 硬化系数。对于３５ＣｒＭｏ结构钢，￡ 一１，Ｃ一１， Ｐ一１００，Ｅ 一２．１ ＧＰａ， 一１。 １有限元模型的建立及仿真参数的 设定 按照高压气瓶的实际尺寸，在ＡＮＳＹＳ前处 地面等效为钢板结构，采用刚体来模拟。空 气采用ＭＡＴ—ＮＵＬＬ材料模型和线性多项式状 态方程ＥＯＳ—ＬＩＮＥＡＲ—ＰＯＬＹＮＯＭＩＡＬ描 述 ： ＝＝＝理过程中建立其几何模型。气瓶的主体材料为 ３５ＣｒＭｏ结构钢。根据气瓶材料特性和结构特 点，采用ｓｏｌｉｄ１６４单元进行单元离散，离散后的有 限元模型如图１所示。综合考虑计算精度和计算 规模，整个模型采用１４ ９８１个节点、ｌ１ ２３３个单 元。 收稿日期：２０１２—１２－２８ （Ｃｏ＋Ｃ１ ＋Ｃ２ ＋Ｃ。 。）＋ （Ｃ ＋Ｃ５ ＋Ｃ６ ）Ｅ （２） 式中：Ｐ为空气压力；ｆｆ为空气当前密度和初始密 基金项目：军内科研资助项目（ＥＰ０９３７６）． 作者简介：陈飞（１９７０一），男，第二炮兵工程大学博士生．Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｆ＿１２３４＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｅｆｔ 通讯作者：阳建红（１９６３一），女，第二炮兵工程大学教授，博士生导师．Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｈ一２０１０＠１６３．ｔｏｍ
武汉科 技１４（）０ ／ ｌ２Ｏ０ ＼ ，、＾＾ Ｖ Ｕ、 ／＼／１ ＾＾＾ ｌｏｏＯ ’ Ｕ Ｖ乙 几 穹８００ 帽６００ ４（）ｏ ２００ ０ ０．０２ ０．０４ ０．０６—０．０８ ０．１０ 时间／ｓ 图６水平跌落时气瓶的动能变化曲线 Ｆｉｇ．６ Ｋｉｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｇａｓ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｈｏｒｉ－ ｚｏｎｔａｉｌｙ １４００ ／ １３００ ｌ２ｏ０ ，＼ 八 ，、 ／ ＼ 厂、 耀１１００ ／＼／ 、／＼ ／＼／ ＼／＼ 