汽車塑料燃油箱耐壓性試驗(yàn)及有限元分析

楊 過, 楊 杰, 陳學(xué)宏, 龔俊杰*

(1. 揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 江蘇 揚(yáng)州 225127; 2. 揚(yáng)州亞普汽車部件有限公司, 江蘇 揚(yáng)州 225000)

1 塑料燃油箱

塑料燃油箱箱體采用高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)材料, 通過上箱和下箱焊接而成,油箱內(nèi)部分布若干內(nèi)置立柱(分為H型和I型), 其材料由HDPE材料與聚鄰苯二甲酰胺(polyphthalamide, PPA)材料包澆而成, 油箱結(jié)構(gòu)及立柱上測(cè)點(diǎn)示意圖如圖1所示．正負(fù)壓試驗(yàn)溫度為80 ℃, 燃油箱各材料參數(shù)如表1所示．在低于屈服應(yīng)力時(shí),可將其看作各向同性的線彈性變形[9-10]．

表1 燃油箱各材料性能參數(shù)(80 ℃)

2 有限元分析

2.1 模型及約束條件

通過HyperMesh軟件對(duì)燃油箱模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分, 燃油箱的網(wǎng)格平均尺寸為5 mm,單元數(shù)共79 198個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)為77 657個(gè),采用殼單元S3/S4; 內(nèi)置立柱的網(wǎng)格平均尺寸為2 mm,單元數(shù)共892 497個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)為272 972個(gè),采用四面體單元C3D4．燃油箱通過綁帶安裝到試驗(yàn)臺(tái)上,如圖2所示,對(duì)綁帶安裝位置的6個(gè)自由度進(jìn)行約束．

2.2 有限元計(jì)算

燃油箱內(nèi)承受極限正壓力35 kPa時(shí), 有限元計(jì)算結(jié)果如圖3所示．由圖3可知,燃油箱整體的最大變形為18.77 mm,箱體的最大應(yīng)力為8.977 MPa,內(nèi)置立柱的最大應(yīng)力為63.00 MPa．

3 正負(fù)壓試驗(yàn)

為驗(yàn)證有限元模型的正確性, 將35 kPa下有限元計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比, 結(jié)果列于表2．從表2可以看出, 試驗(yàn)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果誤差較小, 說明該有限元分析結(jié)果的可靠性．正負(fù)壓試驗(yàn)結(jié)果顯示, 油箱在正負(fù)壓循環(huán)壓力作用下未發(fā)生破壞, 滿足強(qiáng)度要求; 根據(jù)該款燃油箱的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),為保證燃油箱變形后不與汽車其他部件發(fā)生干涉,燃油箱變形不得超過20 mm, 因此滿足其剛度要求．

表2 試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

本文通過建立汽車塑料燃油箱有限元模型,對(duì)燃油箱進(jìn)行了耐壓性分析,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了燃油箱有限元模型的正確性,并得到了不同壓力下燃油箱的應(yīng)力和形變,以及燃油箱應(yīng)力與形變隨壓力變化的規(guī)律,為預(yù)測(cè)燃油箱的極限壓力提供了參考．理論和試驗(yàn)結(jié)果均表明,該款塑料燃油箱的剛度和強(qiáng)度滿足要求．