Трехмерная модель баллона и определение его частотных свойств

Исследования резонансных свойств проводились с помощью программ ANSYSR21 и APMFEM. По чертежам наиболее распространенных стальных баллонов для сжатого природного газа 1-го типа (диаметр 219 мм, длина 1660 мм) выполнена трехмерная твердотельная модель [5], учитывающая расположение креплений баллона к остову автомобилю (рис. 1).

Рис. 1. Трехмерная модель баллона высокого давления

Варианты расположения точек крепления баллона показаны на рисунке 2.

В процессе исследования частотных свойств были рассмотрены две формы деформаций: радиальная деформация с сохранением продольной оси баллона и поперечный изгиб баллона без изменения сечения [2]. На рисунке 3 показаны формы деформаций.

При помощи программного обеспечения APMFEM были определены частотные свойства баллонов. Частотный анализ показал, что собственная частота колебаний баллона (рис. 2, а) составляет 470 Гц. Это значение попадает в диапазон частот воздействия от реактивного момента ДВС, что может вызвать резонансные явления в баллоне. Для предотвращения резонансных явлений необходимо повысить частоту собственных колебаний закрепленного баллона.

	а
	б
	в
	г

Рис. 2. Варианты расположения точек крепления баллона

Одним из решений, наиболее применимых в условиях автотранспортных предприятий, является предложенное авторами изменение расположения точек крепления баллона. Результаты компьютерного моделирования в различных вариантах расположения крепления представлены на диаграмме (рис. 4).

а

Рис. 3. Виды деформаций баллонов: а – радиальная деформация с сохранением

продольной оси баллона; б – поперечный изгиб баллона, без изменения сечения

Рис. 4. График зависимости резонансной частоты закрепленного баллона

от расположения заднего крепления

Произведенный численный эксперимент показал, что при расположении задней опоры на расстоянии 1120 мм от передней, обеспечивает максимальную частоту собственных колебаний закреплённого баллона, равную 566 Гц. При дальнейшем смещении опоры, резонансная частота стала повышаться. Результатом проведенной работы является способ оптимизации крепления баллонов, который позволяющий вывести частоту собственных колебаний баллона из диапазона частот, в котором возможны опасные резонансные явления, вызывающие усталостные повреждения силовой структуры баллонов.

Список использованных источников

1. Изготовление металлокомпозитных баллонов / С. П Семенищев, В. П. Глухов, П. П. Мерзляков, О. В. Килина, В. К. Попов // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 3 (33). – С. 19.

2. Tarkhova, L., Tarkhov, S., Nafikov, M., Akhmetyanov, I., Gusev, D., Akhmarov, R. Infographics and their application in the educational process. International Journal of Emerging Technologies in Learning, 2020, vol. 15, no. 13, pp. 63-80.

3. Неговора, А. В. Проектирование газовых баллонов сложной формы, работающих под давлением / А. В. Неговора, И. Р. Ахметьянов, Д. А. Гусев // Чтения академика В. Н. Болтинского : сборникстатей. – 2020. – С. 152–159.

4. Vasiliev, V. V. Gurda,l Z. Optimal Design – Theory and Applications to Materials and Structures. Lancaster: Technomic, 1999. 320 p.

5. Неговора, А. В. Исследование влияния формы на прочностные характеристики композитных баллонов для компримированного природного газа/ А. В. Неговора, Д. А Гусев // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2020. – № 4 (56). – С. 117–12.