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。