商用车油箱支架疲劳寿命仿真分析_赵卫艳.pdfVIP

Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 油箱支架疲劳寿命仿真分析 赵卫艳1,2 王继锋1 （1. 陕西汽车集团有限责任公司，西安710043 ） （2. 长安大学汽车学院，西安710064 ） 摘要：汽车油箱支架是燃油供给系统中的重要部件，承受油箱的质量载荷，其主要的损伤形式 是在路面冲击载荷作用下发生的疲劳失效。基于某型车出现失效问题的油箱支架的有限元模型 进行了静强度分析和疲劳寿命分析，有限元仿真结果与该件破坏结果相一致。对油箱支架结构 进行设计改进，并对改进结构进行了静强度和疲劳寿命分析，满足设计要求，而且在使用过程 中没有发现早期断裂现象。 关键词 油箱支架 疲劳寿命 有限元分析 仿真 0 引言 汽车燃油供给系统是汽车动力的来源，其中油箱支架支撑着油箱质量，一旦发生破坏将会 直接导致油箱的脱落，动力源中断，因此要求油箱具有一定的强度和使用寿命，满足整车使用 要求，提高燃油供给系统的稳定性。对于重型商用车来说，油箱一般都在380 升以上，质量相 应增大，而且对于行驶路面状况比较差的工程用车来说，路面冲击大，油箱支架的工作环境更 加恶劣，所以对于油箱支架的强度提出更高要求。因此合理设计油箱支架，使其以尽量小的质 量满足强度和使用寿命要求，将有利于整车减重和提高燃油供给系统的稳定性。 本文以有限元分析为手段，研究油箱支架的静强度和疲劳行为，基于Hypermesh/Radioss 平台进行静强度和疲劳寿命分析计算，同时对原结构件分析结果与实车破坏样件进行对比，仿 真分析结果与破坏件破坏形式完全吻合，真实可靠地反映了油箱支架的破坏机理。同时对改进 的油箱支架进行了静强度和疲劳寿命分析，满足设计要求，避免了应力集中和早期断裂现象。 1 油箱支架破坏问题描述 此次油箱支架出现破坏的车型主要是牵引车，运行路面一般是在二级公路以上的路面条件， 车辆在行驶约7000 公里左右时出现批量性的裂纹隐患或断裂，如图1、图2 为断裂件形貌。油 箱支架在运行过程中，主要承受油箱的质量载荷，同时会有动载系数的影响，即路面冲击，使 油箱支架的受力环境变得更加恶劣。油箱支架破坏初步判断为疲劳断裂，由于支架为两件“几” 型钢焊接而成，焊接位置没有外加强筋板，较为薄弱，且在工作期间经受冲击载荷，两块型钢 - 1 - Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 的焊缝处容易形成应力集中点，再加上可能存在的焊接缺陷，在应力集中点和焊接缺陷部位逐 渐产生细微裂纹，形成疲劳源，随着行驶里程的增加，裂纹逐渐扩展，构件的截面被逐渐消弱， 以致不能承受所加载荷而突然发生脆性断裂。 根据油箱总成三维模型（图 3 ）建立有限元模型，然后综合考虑工艺影响，对油箱支架进 行静强度和疲劳寿命分析和改进，同时与破坏件断裂情况进行对比，以此检验分析结果的准确 性。 图1 断裂件形貌 图2 断裂件断口形貌 2 仿真计算与结果分析 2.1 静强度有限元分析 根据三维模型和油箱质量420Kg 进行有限元建模，采用HyperMesh/Radioss 进行处理，本 模型可以简化为车架两端约束、单点加载的计算工况，如图4 所示。用四边形壳单元和三角形 壳单元进行网格划分，对重点研究的油箱支架网格单元尺寸定为3mm，其余采用10mm。紧固 带和油箱接触处、油箱与支架接触处、支架与车架接触处均采用GAP 单元（图5 ），用来模拟 接触力，真实反应油箱支架的受力行为。在建立好的有限元模型上施加约束定义，约束条件为 建立车架两端的多点约束单元（multi-point constraint，MPC），在车架两端的节点上分别约束 其在X 、Y 、Z 三个方向的平移自由度和转动自由度，模拟车架固定。油箱支架与车架之间通过 Bar 单元进行连接，模拟螺栓连接。油箱支架承受油箱的质量载荷，质量载荷定义为在油箱质 心处施加点质量420Kg ，质量点通过Rbe3 单元与油箱底面连接在一起（图6 ）。零件质量通过 材料密度自行计算施加。计算过程中涉及到油箱总成各零件的材料及其固有力学性能参数见表