本发明涉及气瓶振动疲劳寿命测试，尤其是大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法。
背景技术：
1、高压、大容量、大长径比储氢气瓶是氢能储运设备的重要组成部分，与车载小型储氢气瓶不同，大长径比ⅳ型储氢气瓶具有跨距长、承载大、刚度弱等显著特点，承载时结构薄弱部位较易发生多种形式的失效，其中振动疲劳失效是动力交变载荷(如振动、冲击、噪声)的频率分布与结构固有频率分布相交或接近时发生共振而引起的失效现象。基于大长径比气瓶的结构承载特性，要求其在列装管束集装箱并进入服役后应当具有良好的结构强度和疲劳寿命以抵抗路面随机振动造成的结构损伤和振动疲劳失效。
2、车辆随机振动造成的结构疲劳损伤一般通过路面实测数据处理得到，该方法不仅耗费大量试验成本，且测得的数据根据路面不同也会发生较大范围的变化，不具有全局普适性；通过振动台架开展随机振动工况试验在时间上只能模拟短期内的随机振动，一般很难达到研究结构损伤的目的，且大长径比全尺寸气瓶造价成本高，很难开展多种工况下的随机振动试验。因此，如何快速、准确、低成本地校核大长径比气瓶承载能力薄弱部位(boss结构)的随机振动疲劳寿命是当前急需解决的问题。
3、气瓶boss结构是用于塑料内胆与金属瓶阀之间的固定导向结构。气瓶boss结构的作用是保证塑料内胆与金属瓶阀之间的密封及连接。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，。
2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
3、大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，包括以下步骤：
4、s1，获取目标道路的路面随机振动载荷谱；
5、s2，利用三维建模软件建立气瓶全长度模型，利用有限元软件建立有限元模型；
6、s3，开展两端约束条件下的模态提取、随机振动力学响应计算作业，获取随机振动力学响应，主要包括气瓶模型在随机振动载荷作用下的rmises应力响应谱及其最大值所对应的结构危险点的rmises应力功率谱密度函数g(f)，f为振动频率；
7、s4，根据试样的随机振动疲劳试验实测数据，绘制材料s-n曲线，拟合s-n曲线公式；
8、s5，根据随机振动力学响应的rmises应力响应谱，得到应力幅值概率密度函数；
9、s6，将步骤s1得到的路面随机振动载荷谱，步骤s3得到的随机振动力学响应和模态应力，步骤s4得到的材料s-n曲线公式，步骤s5得到的应力幅值概率密度函数导入疲劳分析软件，设定路面随机振动载荷谱作用时长，计算气瓶boss结构的振动疲劳寿命。
10、优选的，步骤s6中，振动疲劳寿命的计算公式如下：
11、
12、其中，e[p]为单位时间内应力峰值数，c和b为材料常数，t为气瓶结构危险点的随机振动疲劳寿命，p(s)为应力幅值概率密度函数，s为rmises应力幅值。
13、优选的，应力幅值概率密度函数为：
14、
15、其中，s为rmises应力幅值，p(s)为应力幅值概率密度函数，m0为应力功率谱密度第0阶矩，由rmises应力功率谱密度函数g(f)进行谱分析得到，d1、d2、d3、r、q、z均为过程变量；以下为各变量计算公式：
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、d3＝1-d1-d2；
23、
24、
25、其中，mn为应力功率谱密度第n阶矩，n表示第n阶，γ、χm为过程变量。
26、优选的，步骤s2具体过程如下：
27、s21，在三维建模软件solidworks中创建气瓶回转体模型，在assembly模块中完成boss结构和塑料内胆的装配，导入有限元软件abaqus；
28、s22，通过有限元软件abaqus建立复合材料层模型，划分复合材料层网格，基于下述转轴公式计算封头位置复合材料层各角度本构方程，并赋予封头位置复合材料层的截面属性；
29、转轴公式如下所示：
30、[c']＝[ttrans]·[c]·[ttrans]t
31、
32、式中，ttrans表示转轴矩阵，[c]、[c']分别表示单元坐标系和全局坐标系，α表示单元坐标系和全局坐标系主轴之间的夹角，[ttrans]t表示转轴矩阵ttrans的转置；
33、s23，选取三维八节点缩减积分单元，网格控制方式为中性轴，划分boss结构及塑料内胆模型网格，赋予内胆和boss结构的截面属性；
34、s24，气瓶开口端boss结构外表面设置为完全固定约束，闭口端boss结构设置为轴向滑动约束，塑料内胆及复合材料层之间设定为绑定约束；
35、s25，设置有限元分析步，分为三步：第一个步为模态提取分析步，第二个步为随机振动响应分析步，第三个步为扫频分析步。
36、优选的，气瓶的复合材料层亦可通过有限元软件abaqus的插件wcm建立。
37、本发明的优点在于：
38、(1)为了准确计算大长径比气瓶boss结构的疲劳损伤，本发明提供一种路面随机振动载荷下大长径比气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，通过实测或基于相关标准及数据报告得到路面随机振动载荷谱，通过有限元分析，获取随机振动载荷作用下大长径比气瓶随机振动力学响应分布，根据随机振动应力及位移响应，结合材料实测s-n疲劳寿命曲线，选取应力幅值概率密度函数，计算气瓶boss结构随机振动疲劳寿命。
39、(2)本发明充分考虑大长径比气瓶长跨距、刚度弱、自重大的特点，通过有限元计算方法获得随机振动力学响应分布，不需要大量人工实测的路谱数据，计算成本较低，计算精度较高，有效提高大长径比气瓶boss结构随机振动疲劳寿命校核的效率。
40、(3)本发明充分考虑大长径比气瓶全长度高精度模型与一般化小型瓶模型的结构承载特性不同的特点，通过复合材料缠绕精确建模，建立高保真度气瓶有限元模型，路谱计算过程中选取的振动衰减系数可根据实际工况选取，较为精确并全面地评估各种路面工况下的气瓶振动特性，可协助工程技术人员对气瓶服役过程性能指标开展针对性的分析和优化，有助于提高气瓶整体性能。
1.大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，其特征在于，应力幅值概率密度函数为：
4.根据权利要求1所述的大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，步骤s2具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的大长径比ⅳ型气瓶boss结构振动疲劳寿命计算方法，其特征在于，气瓶的复合材料层亦可通过有限元软件abaqus的插件wcm建立。
