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绑带式燃油箱安装的有限元模拟分析

欧堪华周云平龙弟德

(长安汽车工程研究总院CAE工程所，重庆401120)

摘要：利用ABAQUS/CAE建立某轿车燃油箱及其绑带的有限元模型。通过有限元分析软件

ABAQUS完成燃油箱安装过程的有限元模拟分析，此过程中燃油箱及绑带均满足强度要求。

关键词：ABAQUS燃油箱绑带模拟分析

SIMULATIONFORASSEMBLYOFTANKWITHSTRAPS

OuKan-huaZhouYun-pingLongDide

(AutomobileEngineeringInstituteofChangan,Chongqing401120)

Abstract:TheFEmodeofsomeautomotivetankandstrapsisestablishedbyABAQUS/CAE.

ThesimulateforassemblyiscompletedbyABAQUS,andthenthetankandthestrapsboth

reachedstrengthtarget.

Keywords：ABAQUSTankStrapsSimulation

1.概述

汽车燃油箱用于汽车储存燃油，是关系到汽车安全的一个重要部件。绑带式燃油箱在中

高级轿车中使用频繁，而常见的燃油箱强度分析是将燃油箱固定考察其工作状态强度，而绑

带式燃油箱在安装过程中会出现较大变形，特别是绑带变形尤为严重。所以为保证燃油箱

安全性能，在车辆研发过程中需要管控燃油箱以及绑带的强度性能，以满足总装工艺及燃油

箱性能要求。

燃油箱的实际安装过程存在绑带拉长、缓冲块压缩以及燃油箱箱体变形等现象，是一个

复杂的非线性过程，本文基于ABAQUS非线性功能对绑带式燃油箱安装过程进行了有限元

模拟分析，在分析中同时考虑了材料非线性、几何非线性和边界非线性。

2.分析模型

2.1CAD模型准备

本次分析采用某型号轿车油箱进行模拟分析，CAD模型见图1，安装过程示意见图2。

图1某型号燃油箱示意

图2某型号燃油箱安装过程示意

2.2有限元模型准备

本次分析有限元模型直接采用整车上的燃油箱模型加绑带模型，其中燃油箱箱体及绑

带采用5*5壳单元模拟，上箱体缓冲块及绑带橡胶采用实体单元模拟，其中绑带固定端可以

绕安装轴转动，采用HINGE单元模拟。

在燃油箱上箱体与车体之间有缓冲块，本次分析简化车身为刚体固定，缓冲块与车身之

间设置接触对，同时缓冲块与上箱体采用共节点方式连接，绑带橡胶与燃油箱下箱体之间设

置接触对，同时绑带与橡胶采用共节点方式连接。

本次分析有限元模型共有22798个节点，668个体单元，21906个壳单元，8对接触，2

组HINGE单元。

2.3材料和属性

由于计算中要考虑材料非线性和几何非线性，所以分析中材料不仅给出了它的弹性模量

和泊松比，还给出了材料发生塑性变形后的塑性应变和应力的关系曲线。

2.4边界条件

约束描述：约束刚体及安装轴dof123456，模拟车身固定；

载荷描述：绑带安装侧加局部坐标系下13mm强制位移，模拟油箱安装过程。

3.分析结果

提交ABAQUS分析计算得到某型号燃油箱安装完成后的变形云图见图3所示。

图3某型号燃油箱安装完成后位移云图

在燃油箱设计中缓冲块压缩完成后厚度应为6mm，同时实车燃油箱安装完成后测试缓

冲块厚度值为6.1mm，从变形云图中可知缓冲块从最初的8mm厚度被压缩至6.8mm，燃油

箱及绑带变形均和试验吻合完好，即本次分析可信。

查看燃油箱及绑带应力云图分别见图4和图5。

图4某型号燃油箱安装完成后应力云图

图5某型号燃油箱安装完成后绑带应力分布云图

从应力分布云图可知，安装到位后油箱最大应力出现在上箱体缓冲块附近，并且在被压

缩侧应力集中明显，最大应力为135MPa，小于材料屈服极限；绑带应力集中区域集中在绑

带弯折过渡区域，最大应力为152MPa，小于材料屈服极限。由此可知燃油箱和绑带安装过

程中均满足设计要求。

5.结论

本文应用ABAQUS进行了绑带式燃油箱安装过程的有限元模拟分析，该型号燃油箱在

安装过程中会有较大变形，从材料性能判断满足设计要求，后期经过生产实际反馈也满足要

求。

燃油箱安装产生的应力可以考虑为燃油箱工作的预应力，预应力过大对燃油箱的性能会

有显著影响，在设计中需考虑缓冲块附近的应力集中现象。

绑带应力集中主要出现在弯折区域，后续设计可以考虑在弯折处做加厚等强化设计。

本文仅进行了燃油箱安装过程的模拟分析，燃油箱工作状态强度分析本文未有涉及。