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ABAQUS软件在汽车燃油箱分析中的应用
发布时间: 2022.08.05  点击:366 次

摘要

本文介绍了汽车燃油箱仿真问题和难点以及使用 ABAQUS软件对其进行仿真的原因及优点, 同时也给出了使用ABAQUS 软件对汽车燃油箱进行耐压及撞击模拟的案例。 

关键词:ABAQUS 汽车燃油箱 非线性


前言

汽车燃油箱是车上唯一储存燃油的地方,是车上重要的功能与安全部件之一。汽车塑料燃油箱与金属燃油箱相比具有安全、耐腐蚀和使用寿命长等特点,且能适合汽车轻量化的发展要求。而对于汽车塑料油箱是否合格,国家规范及各个汽车生产厂商都有明确的要求及标准,以往 这些标准都是通过试验的方法进行验证的。


然而随着 CAE 技术在汽车行业中的应用越来越广泛,作为汽车重要部件之一的汽车燃油箱也需要采用 CAE 仿真来代替之前的经验设计及试验。通过仿真分析与优化,一方面发现并解决设计初期存在的问题,避免了大量的样件制作和产品试验;另一方面缩短了设计周期,极大地降低了产品设计研发的成本,提高了经济效益。


汽车燃油箱仿真问题及难点


2.1 汽车燃油箱需仿真的问题

目前,汽车燃油箱都使用的是塑料油箱,对于燃油箱的合格性,国家标准给出了强制性的要 求,主要包括以下 4 类试验:


1、振动耐久性试验 

燃油箱模拟装车形式固定在振动试验台上,往燃油箱内加入额定量的水,盖上燃油箱盖,密封好 所有进、出口,按规定进行振动试验。

2、塑料燃油箱耐压试验 

塑料燃油箱模拟装车形式固定在试验装置上,保持一定的环境温度,往燃油箱中加入额定容量的 水,盖好燃油箱盖,密封好所有进、出口,向燃油箱内施加压力,来观察燃油箱的变形情况。 

3、塑料燃油箱的跌落试验 
燃油箱中加入额定容积的水,盖好燃油箱盖,密封好所有进、出口,将燃油箱放置在一定的高度, 让其自由落体进行跌落试验。 

4、塑料燃油箱撞击试验 

燃油箱模拟装车形式固定在试验装置上,在燃油箱中加入额定容量的水,用撞块以一定的冲 击能量撞击燃油箱易损伤部位,来观察燃油箱的变形情况,得到燃油箱撞击试验的结果。 

以上四个试验是汽车燃油箱必须要完成的,目前,很多汽车燃油箱的生产厂商都是采用试验的方法来验证的,这样势必会造成研发成本的增加和研发周期的延长,因此在设计阶段就采用 CAE 软件对其进行仿真,来发现其设计上的缺陷及问题就显得很有必要了。

2.2 汽车燃油箱仿真难点
针对汽车燃油箱的以上试验,为缩短了设计周期,降低了产品设计研发的成本,目前,上述 的四个试验都需要采用仿真的方法来实现,这样就会遇到很多难点: 
1、当前的汽车燃油箱都使用的塑料油箱,塑料材料是一种非线性的材料,并且其材料属性在不 同温度下及不同应变率下也是不一致的,这是在仿真中需要考虑的,这样才能够得到和试验一致的结果; 
2、关于燃油箱的仿真分析,其中在耐压、跌落及撞击中,燃油箱中都需要装入液体,因此在分 析中都需要考虑的燃油箱中所装液体对结构的影响; 
3、 以上的四个试验的仿真,分析问题涉及从静力学的耐压分析到动力学的跌落和碰撞,涉及内容非常广泛,故而需要一个功能强大的软件来解决这些问题。


ABAQUS 软件介绍及应用案例 


3.1 ABAQUS 软件介绍

ABAQUS 是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一,被广泛认为是功能最强的有限 元软件,特别它的非线性力学(几何、材料、接触)分析功能具有世界领先水平,受到世界上许多 著名公司、大学和研究部门的青睐,在北美、欧洲和亚洲许多国家的机械、化工、土木、水利、材料、航空、船舶、冶金、汽车、生物医疗和电气工业设计中得到广泛的应用。它可以进行结构 的静态和动态分析,如应力、变形、振动、冲击、热传导和对流、质量扩散、声波、力电耦合分 析等;它具有丰富的单元模式,如杆、梁、刚架、板壳、实体、无限体元等;可以模拟广泛的材 料性能,如金属、橡胶、塑料、钢筋混凝土、弹性泡沫、岩石和土壤等。 

ABAQUS 主要由一个前后处理模块 ABAQUS/CAE 及两个主求解器模块 ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit 组成。ABAQUS/Standard 是一个通用的有限元分析模块,包括线性和非线性、 时域和频域分析功能,同时还可进行热分析、声学分析或者机构的多体运动模拟,以及各种耦合 分析,ABAQUS/Explicit 是一个显式动力学分析模块,主要是用于完成高速的非线性动力学仿真, 例如燃油箱的撞击模拟。因此,ABAQUS 软件是非常适合于汽车燃油箱仿真的。

3.2 ABAQUS 软件在汽车燃油箱的应用案例
当前,ABAQUS 软件已经在汽车燃油箱仿真中得到了很好的应用,同时用户也通过使用 ABAQUS软件对汽车燃油箱进行仿真,使其在产品开发阶段即可发现产品的设计缺陷,有利于提高产品质 量并加速产品开发,并有效的减少研发成本。图1 及图2 给出了某汽车燃油箱生产厂商使用 ABAQUS 软件对燃油箱进行耐压及撞击模拟得结果。



图1. 耐压分析结果





图2. 撞击模拟结果



结论
通过以上的描述及案例分析可以知道,在针对汽车燃油箱的仿真中,ABAQUS软件具有不可比 拟的优势及特点,尤其是适用于塑料汽车燃油箱的仿真。而且通过采用 ABAQUS 软件对汽车燃油 箱进行仿真,可大大减少产品的试验次数,降低产品的研发成本和研发周期,加快新产品的上市,给企业带来效益。













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