吴季

【摘 要】LNG顾名思义，叫做液化天然气。目前液化天然气被认为是一种具有清洁功能的高效洁净能源。由于液化天然气的各种特性，比如燃烧效率高，方便，价格合理，燃烧充分，清洁干净，所以使得天然气成为国家大力发展的一种能源。LNG气瓶和支架的设计，重点放在支架的设计上，顺带着对气瓶作一些简单的介绍。气瓶也就是一种特制的，材料大多数是钢制的，常用来贮存，运输天然气的一种大型容器。支架大多数是钢材或者铝材的一种支撑器材，多用来固定，支撑，运输装载着液化天然气的气瓶，对气瓶起着保护的作用，防止气瓶的跌落，滑倒，位移。此次设计对铝材的支架进行重点的研究，运用三维CATIA设计出支架的具体模型，并且将三维模型转化为二维图形，对支架的零件进行拆分，对各个零件进行分析，在支架的外观，材料，制造工艺等方面做出阐述，提出自己的见解。并且在实验的基础上，对铝材和钢材分别进行实验，对气瓶进行正向和侧向力的加载，记录支架和气瓶的位移变化，从而得出相应的结论。

【关键词】LNG;气瓶;支架;设计

第一章 LNG得认识

1.LNG介绍

LNG英文全称是Liquefied Natural Gas，即液化天然气。液化天然气就是在天然气的基础上，经过深冷工艺，冷却液化得到的一种液态产物。LNG低温，气液比大，所以在和气态的天然气相比，能够高效的用于运输和储存。LNG一度被认为是世界上最清洁的化石能源之一，它的含硫量极低，若用于发电和生活燃料的燃烧，将极大的减少酸雨，有利于保护环境，节约化石燃料的燃烧。同时它的燃点较高，从燃烧角度来看，相对的更加充分。它主要用于大中小城市的燃料供给，工厂的气源，车船飞机的交通燃料，分布式能源系统的循环利用。

LNG的发展影响着国家的经济命脉和一系列工业机械的走向。能源转型已经成为我国经济和能源发展的根基，随着低碳方针和大气雾霾方针的出台，相应的排放标准显著提高。我国的LNG的发展，当前亟需考虑的就是价格过高和供给不平衡的问题，对此国家不断的出台了一系列的设计方案和应对措施。从国内LNG的制定标准，材料的选择以及气瓶的硬度来看，我国规定材料进入制造厂后要進行化学成分的复验，钢锭进行低倍组织检验，无缝钢管进行无损伤检验，而国外标准没有这项要求，这和国内外钢材质量水平有关。因此在国内外的钢瓶质量标准上，中国还需要提高标准要求。相信随着我国经济的发展转变方式和对能源多样性的需求上，关于液化天然气的各个方面都能飞速发展起来

2.支架轻量化概念

支架因为是和汽车是配适的，所谓的轻量化也就是指的汽车轻量化。车身轻量化系数公式为：

L=M/CtA。

式中，——L为白车身轻量化系数

——M为白车身骨架重量

——Ct为白车身静态扭转刚度

——A为白车身脚印面积。

在保证汽车安全，刚度，NVH等性能提升或者不变的基础上，通过结构设计和优化，合理的材料选择，合理的制造工艺等手段，从而达到重量的降低。最后达到节能减排，整车的轻量化，从而使得汽车更加的轻快便捷。

轻量化的等级定义：

第二章 气瓶及支架设计材料选择

LNG支架的作用：LNG的支架材料在现在来看，大部分采用钢材和铝材来加工制造。其主要作用就是来承载，固定和装运LNG气瓶，使得LNG气瓶更加的稳定牢固，使得气瓶不易跌落，滑倒和变形。同时支架也注重轻量化的设计，使得运输更加的轻松便利。

LNG气瓶的作用：LNG的气瓶大多数是特制的钢制容器，其主要的作用就是对天然气采用深冷工艺，使得天然的从气态变为液态，从而更好的运输。因为从化学的角度分析，气态的天然气，它所需要的压力更大，对钢制的容器要求更高，同时在高温时，气态容易发生爆炸等危险，而液态的天然气就没有此项的考虑。

材料选择：初步的材料选择中，我们可以选择碳钢，也可以选择铝材来进行设计制造。本课题是对铝合金支架进行设计制造，从铝材和钢材的材料对比中我们不难发现，铝合金支架比碳钢支架更耐低温、耐腐蚀，而且还具有高热传导和高比强度性能。当然，铝合金的支架同时也难免有一些缺点，比如铝材的价格更高，不耐磨，怕受到撞击，焊点低，导电性一般，硬度相对的差一点。从制造工艺上看，一个零件的产生基本上分为冲压工艺，拉伸工艺，弯曲工艺等工艺。冲压工艺主要的影响性能指标有屈服极限，屈强比，延伸率，厚向异性系数。对于钢材，在冲压工艺中常常出现时效失效和表象失效。因为时效的影响，钢板及钢带的力学机能会随着时间的变化而变差，如屈服强度和抗拉强度的上升，断后伸长率的下降，成型性能变差，出现拉伸应变，又由于存储不当，造成钢板受潮生锈，外力破损、变形等，也容易在钢厂轧制过程工艺控制部分不足，导致钢板表面出现凹坑，结疤，裂纹，夹杂，划伤，压痕，麻点及氧化色等影响形性及涂，镀附着力的缺陷，导致金属容易出现塑性变形。对于铝合金来说，由于塑形较强，金属性能较好，不容易出现上述钢所出现的失效。在拉伸工艺中，钢材零件由于容易造成材料失稳，拉深件容易起皱，也容易使得材料断裂或破裂。铝合金由于是合金，具有综合各种金属优良的力学性能，拉伸强度较好。在弯曲工艺中，因为钢材的支架是焊接，铝材的支架的螺纹连接，在焊接中，因为是高温焊接，钢材容易出现弯曲变形，使得弯曲部分的形状和尺寸发生变化而与模具的尺寸不一致。在制造工艺上看，选择铝材较为有优势。从原料的成本来看，钢材比铝材可能相对的更加节约成本。

第三章 设计实验数据分析

我们分别设计了同类型的铝合金及钢材支架，并对支架进行了实验以用于检测支架和气瓶在不同力的工况下的位移变化情况。在不同的位置摆放位移传感器，并且对位移传感器进行调节，然后对支架和气瓶进行逐力加载，最后记录实验数据。以横轴为偏移量，纵轴为加载力。

根据国家的标准，位移最大量应不超过13mm。从实验结果我们可以看出，碳钢和铝材的支架都是符合国家标准的。而且在5吨力的范围内，铝合金支架的偏移量总的来说依旧是小于碳钢的偏移量。综合分析，选择铝材合金作为支架的材料，更加的合理。

结论：LNG气瓶和支架的研究对实际的车载天然气的储存和运输有着极大的应用效果，为推广汽车的轻量化奠定了坚实的基础。对节约能源，改善大气质量和环境具有重要的意义。本次实验的结论显示，铝合金的支架应用范围较广，使用途径和优势更加的明显，支架的轻量化技术，也是未来的研究方向之一。汽车的轻量化技术是未来的大趋势，在这样的一个趋势下，期待汽车轻量化方向有着更大的突破。相信在未来的电子设备和技术不断的革故鼎新下，LNG气瓶和支架的研究会更加的具体化，研究深度也会更加深。

【参考文献】

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