張?jiān)史?張偉松 蔣發(fā)軍 唐基榮

摘要：某車型在開發(fā)階段燃油箱晃動(dòng)耐久臺(tái)架試驗(yàn)過程中，油箱內(nèi)部防浪板發(fā)生斷裂。本文基于晃動(dòng)耐久臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果、線性疲勞損傷理論與nCode技術(shù)，利用簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型進(jìn)行分析，找到問題原因。經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、CAE校核通過后，實(shí)物順利通過晃動(dòng)耐久試驗(yàn)，從而解決油箱防浪板斷裂問題，為問題的解決提升了效率。

Abstract： The baffler of fuel tank was broken when doing fuel tank slosh durability test in the development in one vehicle program。This text was based on result of the fuel tank slosh durability test ， linear fatigue damage theory and nCode Technology， using the simplified mechanical model to find out the cause of problem. After structure optimization and CAE checking，the baffler sample passed the fuel tank slosh durability test . The? problem of broken baffler was solved ，and the experience enhance the efficiency of problem solving.

關(guān)鍵詞： 燃油箱;防浪板;斷裂;晃動(dòng)耐久

中圖分類號(hào)：U464.136.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0045-02

0? 引言

隨著客戶的追求不斷提高、整車NVH性能不斷提升，燃油箱內(nèi)燃油晃動(dòng)異響現(xiàn)象逐漸得到重視。金屬油箱設(shè)計(jì)上往往要在油箱內(nèi)部增加防浪板來減小、甚至消除油箱晃動(dòng)異響。而由于防浪板在油箱內(nèi)不斷的受到液體前后沖擊，其可靠性就成為主機(jī)廠必須關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。因整車路試與客戶實(shí)際使用過程中剎車頻率與次數(shù)差距較大，往往用臺(tái)架晃動(dòng)耐久來對(duì)防浪板可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

某車型按照GMW14801對(duì)油箱進(jìn)行晃動(dòng)耐久測(cè)試時(shí)油箱內(nèi)防浪板發(fā)生斷裂。本文根據(jù)線性疲勞損傷累積理論，利用nCode軟件等分析手段，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，反向求出油箱晃動(dòng)耐久時(shí)防浪板受力情況，探尋失效原因。后優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并再次通過上述分析手段、臺(tái)架驗(yàn)證，順利解決了防浪板斷裂問題。

1? 防浪板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與試驗(yàn)條件

某車型燃油箱防浪板：防浪板由薄鋼板沖壓成型，材料為寶鋼的BUSD，厚度0.7mm，通過三個(gè)焊腳點(diǎn)焊在油箱上殼體，整體為C型結(jié)構(gòu)，防浪板上開了若干通孔，總高度138mm。該油箱額定容積為50L，其75%額定容積液面高度為162.2mm，防浪板約有一半（63.4mm）位于液面以下。該燃油箱根據(jù)GMW14801試驗(yàn)要求，在75%額定容積液體下進(jìn)行1.25Hz、位移±7.6 cm晃動(dòng)耐久測(cè)試，在做到319285次后，防浪板發(fā)生斷裂。首先開裂點(diǎn)位于左側(cè)第一個(gè)焊腳外側(cè)（見圖1）。

2? 有限元仿真

2.1 網(wǎng)格劃分

為了提高分析效率，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立簡(jiǎn)化分析模型。分析關(guān)注的點(diǎn)在油箱防浪板，可以將油箱上殼體截取與防浪板焊接區(qū)域，與防浪板伸出翻邊結(jié)構(gòu)采用點(diǎn)焊連接。網(wǎng)格劃分及材料（前處理采用Hypermesh，求解器采用Optistruct）薄壁零件采用四邊形網(wǎng)格與三角形網(wǎng)格組成的混合網(wǎng)格（四邊形網(wǎng)格為主），網(wǎng)格大小5mm，采用直徑6mm點(diǎn)焊。防浪板材料及其固有力學(xué)性能參數(shù)見表1。

2.2 受力分析

由于燃油箱晃動(dòng)耐久試驗(yàn)時(shí)防浪板受到的是液體慣性在防浪板各個(gè)點(diǎn)上產(chǎn)生的阻力，該阻力隨著液體深度、晃動(dòng)位移不斷變化，其CAE分析難度較大。故我們采用線性疲勞損傷累積理論、結(jié)合臺(tái)架晃動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，使用nCode軟件進(jìn)行反向求解出防浪板在該晃動(dòng)耐久試驗(yàn)條件下所受到的等效壓強(qiáng)載荷。其計(jì)算流程如圖3所示。

根據(jù)線性疲勞損傷累積理論，在多個(gè)載荷Si作用下，各經(jīng)受ni次循環(huán)則可定義其總損傷為：

式中：Ni為對(duì)應(yīng)于載荷Si的疲勞壽命。當(dāng)循環(huán)載荷的次數(shù)n等于其疲勞壽命N時(shí)，就會(huì)發(fā)生疲勞破壞、斷裂，即D=1。首先使用Optistruct，假定一個(gè)等效壓強(qiáng)P，分析防浪板的應(yīng)力情況。并將等效強(qiáng)度分析模型，跟實(shí)際晃動(dòng)耐久次數(shù)一起輸入nCode軟件，模擬計(jì)算零件損傷：當(dāng)作用在防浪板上的等效壓強(qiáng)為1.835KPa時(shí)損傷結(jié)果為1，防浪板發(fā)生破壞。（圖4）

當(dāng)在75%油液面與防浪板接觸面上施加X向壓強(qiáng)1.835KPa時(shí)，最大米塞斯應(yīng)力點(diǎn)與開裂點(diǎn)吻合，為155.4Mpa，應(yīng)力值偏高?？梢耘袛啵摲览税逭w強(qiáng)度不足，且焊腳支撐力不夠造成應(yīng)力集中，在晃動(dòng)耐久過程中產(chǎn)生疲勞開裂。（圖5）

3? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)分析結(jié)果，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升焊腳強(qiáng)度來降低最大米塞斯應(yīng)力：①加寬防浪板的三個(gè)焊腳寬度;②去掉第一個(gè)焊腳上的定位缺口;③焊腳處添加加強(qiáng)筋。使用Optistruct，在防浪板與油液接觸面上加載等效壓強(qiáng)1.835KPa，最大應(yīng)力出現(xiàn)在左側(cè)第一個(gè)焊接連接處，為62.6MPa，較優(yōu)化前降低59.7%。（圖6）

后將應(yīng)力結(jié)果輸入nCode軟件，按試驗(yàn)工況輸入50萬次疲勞測(cè)試計(jì)算，結(jié)果顯示零件沒有損傷。（圖7）

4? 驗(yàn)證總結(jié)

后經(jīng)晃動(dòng)耐久測(cè)試，75%額定容積下50萬次晃動(dòng)后防浪板未出現(xiàn)斷裂，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的防浪板強(qiáng)度滿足需求。因此，采用簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型，在線性疲勞損傷累積理論與nCode軟件幫助下，可以用于分析燃油箱防浪板斷裂原因，并指導(dǎo)燃油箱防浪板的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而加快了問題原因分析，提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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