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基于Abaqus的燃油箱跌落模拟

陈学宏

（亚普汽车部件有限公司，江苏扬州225009）

摘要：为了能够在产品设计阶段，就预测出燃油箱跌落时破坏位置，对结构优化及后续工艺调试提供指导，从而最大程度上

确保通过跌落实验。本文利用Abaqus软件使用状态方程模拟内部气体和液体，进而完成整个跌落模拟。通过与实验结果进行对比，

验证了该方法精度的可靠性。

关键词：状态方程，流固耦合，燃油箱，跌落模拟

DroppingsimulationoffueltankwithAbaqus

ChenXuehong

YAPPAutomotivePartsCo.,Ltd.JiangsuYangzhou225009,China

Abstract:Toforecastdestructionoftankduetodropinphaseofdesign,givesomesuggestionforstructureoptimizationandtechnics

debugging,makesurepassingdroppingtestassoonaspossibly.Thispaperappliesequationofstatetosimulateinnergasandliquid,and

achievewholedroppingsimulation.Bycomparingexperimentaldate,provesvalidityofthismethod.

Keywords:equationofstate,fluid-structurecoupled,fueltank,droppingsimulation

1.引言

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，它必须牢固、密封、耐冲击。跌落

实验是检验燃油箱产品是否合格的重要手段，相应的国家规范以及各个汽车生产商都明确了跌落实验要求[1、2、3]。

因此，利用目前日益成熟的CAE技术，在燃油箱设计阶段进行跌落模拟，预测出燃油箱可能破坏的区域和结构，

为结构的优化及后续的工艺调试提供指导，从而最大程度地确保燃油箱通过跌落实验，就显的非常有必要和意义

[1、2、3]。

与一般的跌落模拟相比，燃油箱跌落模拟的特殊性在于，其内部密封液体和气体，其跌落过程中会有很复杂

气、液、固三相耦合作用。因此，正确模拟出气、液、固三相耦合作用是整个模拟的关键所在。采用CFD与FEA

结合的方法，固然能够很好地解决上述三相耦合，但其需要非常高昂的计算机资源，实际操作也非常复杂。

考虑到在跌落中我们只对燃油箱本体感兴趣，完全没有必要精确考虑内部的气体和液体运动形态，只需要考

虑气体和液体对油箱内壁的压力即可。Abaqus软件的状态方程方法侧可以非常方便的实现上述设想，而Abaqus

本身强大的非线性求解能力，同时也保证了跌落过程中各种复杂的接触问题，能够得到精确求解[6]。

2.状态方程原理

2.1能量方程及Hugonio曲线

对于封闭系统，其内能的增加等于应力所做功与增加热能的总和。在绝热条件下，能量方程可写成如下形式

[4]：

???1????

E

???

():

mppSe?Q(1)

?t??t

bv

其中：?为密度，E为单位质量内能，p为压力（压缩为正），

m

p为由于体粘性产生的压力，S为偏应力张量，

bv

e?为偏应变率张量，Q?为单位质量比热率。公式（1）假设压力只与物质当前密度和内能有关，因此可以简写成如

下形式：

p?f(?,E)(2)

m

上述公式中内能可以消去，这样就得到了p与V之间的对应关系（V为物质当前体积），或者p与1?之间

的对应关系。这些对应关系对于每一种用状态方程模拟的物质都是唯一，这种唯一的对应关系称为Hugonio曲线，

一种典型的Hugonio曲线如图1所示：

图1Hugonio曲线示意图

Figure1AschematicrepresentationofaHugoniotcurve

其中：

p为Hugonio压力只与密度有关，可以通过经验数据近似得到。

H

2.2Mie-Grüneisen状态方程

Mie-Grüneisen状态方程最常用形式如下[5]：

p?p???(E?E)(3)

HmH

其中：

P与

H

E为Hugonio压力和能量（单位质量），只与密度有关。?为Grüneisen比率，其定义如下：

H

?