摘要
本文介紹了汽車燃油箱仿真問題和難點以及使用 ABAQUS軟件對其進行仿真的原因及優(yōu)點， 同時也給出了使用ABAQUS 軟件對汽車燃油箱進行耐壓及撞擊模擬的案例。
關(guān)鍵詞：ABAQUS 汽車燃油箱 非線性
前言
汽車燃油箱是車上唯一儲存燃油的地方，是車上重要的功能與安全部件之一。汽車塑料燃油箱與金屬燃油箱相比具有安全、耐腐蝕和使用壽命長等特點，且能適合汽車輕量化的發(fā)展要求。而對于汽車塑料油箱是否合格，國家規(guī)范及各個汽車生產(chǎn)廠商都有明確的要求及標準，以往 這些標準都是通過試驗的方法進行驗證的。
然而隨著 CAE 技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，作為汽車重要部件之一的汽車燃油箱也需要采用 CAE 仿真來代替之前的經(jīng)驗設(shè)計及試驗。通過仿真分析與優(yōu)化，一方面發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計初期存在的問題，避免了大量的樣件制作和產(chǎn)品試驗；另一方面縮短了設(shè)計周期，極大地降低了產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的成本，提高了經(jīng)濟效益。
汽車燃油箱仿真問題及難點
2.1 汽車燃油箱需仿真的問題
目前，汽車燃油箱都使用的是塑料油箱，對于燃油箱的合格性，國家標準給出了強制性的要 求，主要包括以下 4 類試驗：
1、振動耐久性試驗
燃油箱模擬裝車形式固定在振動試驗臺上，往燃油箱內(nèi)加入額定量的水，蓋上燃油箱蓋，密封好 所有進、出口，按規(guī)定進行振動試驗。
2、塑料燃油箱耐壓試驗
塑料燃油箱模擬裝車形式固定在試驗裝置上，保持一定的環(huán)境溫度，往燃油箱中加入額定容量的 水，蓋好燃油箱蓋，密封好所有進、出口，向燃油箱內(nèi)施加壓力，來觀察燃油箱的變形情況。
3、塑料燃油箱的跌落試驗
燃油箱中加入額定容積的水，蓋好燃油箱蓋，密封好所有進、出口，將燃油箱放置在一定的高度， 讓其自由落體進行跌落試驗。
4、塑料燃油箱撞擊試驗
燃油箱模擬裝車形式固定在試驗裝置上，在燃油箱中加入額定容量的水，用撞塊以一定的沖 擊能量撞擊燃油箱易損傷部位，來觀察燃油箱的變形情況，得到燃油箱撞擊試驗的結(jié)果。
以上四個試驗是汽車燃油箱必須要完成的，目前，很多汽車燃油箱的生產(chǎn)廠商都是采用試驗的方法來驗證的，這樣勢必會造成研發(fā)成本的增加和研發(fā)周期的延長，因此在設(shè)計階段就采用 CAE 軟件對其進行仿真，來發(fā)現(xiàn)其設(shè)計上的缺陷及問題就顯得很有必要了。
2.2 汽車燃油箱仿真難點
針對汽車燃油箱的以上試驗，為縮短了設(shè)計周期，降低了產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的成本，目前，上述 的四個試驗都需要采用仿真的方法來實現(xiàn)，這樣就會遇到很多難點：
1、當前的汽車燃油箱都使用的塑料油箱，塑料材料是一種非線性的材料，并且其材料屬性在不 同溫度下及不同應(yīng)變率下也是不一致的，這是在仿真中需要考慮的，這樣才能夠得到和試驗一致的結(jié)果；
2、關(guān)于燃油箱的仿真分析，其中在耐壓、跌落及撞擊中，燃油箱中都需要裝入液體，因此在分 析中都需要考慮的燃油箱中所裝液體對結(jié)構(gòu)的影響；
3、 以上的四個試驗的仿真，分析問題涉及從靜力學的耐壓分析到動力學的跌落和碰撞，涉及內(nèi)容非常廣泛，故而需要一個功能強大的軟件來解決這些問題。
ABAQUS 軟件介紹及應(yīng)用案例
3.1 ABAQUS 軟件介紹
ABAQUS 是國際上最先進的大型通用有限元計算分析軟件之一，被廣泛認為是功能最強的有限 元軟件，特別它的非線性力學(幾何、材料、接觸)分析功能具有世界領(lǐng)先水平，受到世界上許多 著名公司、大學和研究部門的青睞，在北美、歐洲和亞洲許多國家的機械、化工、土木、水利、材料、航空、船舶、冶金、汽車、生物醫(yī)療和電氣工業(yè)設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。它可以進行結(jié)構(gòu) 的靜態(tài)和動態(tài)分析，如應(yīng)力、變形、振動、沖擊、熱傳導(dǎo)和對流、質(zhì)量擴散、聲波、力電耦合分 析等；它具有豐富的單元模式，如桿、梁、剛架、板殼、實體、無限體元等；可以模擬廣泛的材 料性能，如金屬、橡膠、塑料、鋼筋混凝土、彈性泡沫、巖石和土壤等。
ABAQUS 主要由一個前后處理模塊 ABAQUS/CAE 及兩個主求解器模塊 ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit 組成。ABAQUS/Standard 是一個通用的有限元分析模塊，包括線性和非線性、 時域和頻域分析功能，同時還可進行熱分析、聲學分析或者機構(gòu)的多體運動模擬，以及各種耦合 分析，ABAQUS/Explicit 是一個顯式動力學分析模塊，主要是用于完成高速的非線性動力學仿真， 例如燃油箱的撞擊模擬。因此，ABAQUS 軟件是非常適合于汽車燃油箱仿真的。
3.2 ABAQUS 軟件在汽車燃油箱的應(yīng)用案例
當前，ABAQUS 軟件已經(jīng)在汽車燃油箱仿真中得到了很好的應(yīng)用，同時用戶也通過使用 ABAQUS軟件對汽車燃油箱進行仿真，使其在產(chǎn)品開發(fā)階段即可發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計缺陷，有利于提高產(chǎn)品質(zhì) 量并加速產(chǎn)品開發(fā)，并有效的減少研發(fā)成本。圖1 及圖2 給出了某汽車燃油箱生產(chǎn)廠商使用 ABAQUS 軟件對燃油箱進行耐壓及撞擊模擬得結(jié)果。
圖1. 耐壓分析結(jié)果
圖2. 撞擊模擬結(jié)果
結(jié)論
通過以上的描述及案例分析可以知道，在針對汽車燃油箱的仿真中，ABAQUS軟件具有不可比 擬的優(yōu)勢及特點，尤其是適用于塑料汽車燃油箱的仿真。而且通過采用 ABAQUS 軟件對汽車燃油 箱進行仿真，可大大減少產(chǎn)品的試驗次數(shù)，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本和研發(fā)周期，加快新產(chǎn)品的上市，給企業(yè)帶來效益。
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