摘 要：基于HyperMesh軟件，本文通過某塑料燃油箱的機械強度分析為例，介紹了軟件的前處理功能以及應用方法。應用表明該軟件可以準確的預測油箱變形情況，為燃油箱產品設計提供一定的參考價值。 

關鍵詞：HyperMesh 燃油箱 靜態分析 結構強度 

1 概述 

      當前，隨著汽車工業的發展和國內汽車工業的振興，各大汽車生產企業對汽車燃油箱的需求呈明顯增長趨勢。世界上第一只汽車塑料燃油箱是在上世紀60年代由德國大眾汽車公司、BASF公司和KAUTEX公司聯合開發的，并成功應用于PORSCHE車上[1]。早期的燃油箱大多由金屬材料制成，后來多改用合成材料來適應汽車輕量化的發展需求以滿足新的汽車燃油經濟性標準，所以伴隨著汽車工業的發展，塑料燃油箱得到了較快的發展[2]。 

      燃油箱是個相對密閉的系統，油箱上通常設有通風裝置，以防止隨著油量的過度消耗而在箱內與大氣的壓力差的作用下變形。本文采用HyperMesh軟件進行前處理，然后對燃油箱系統中的塑料油箱進行結構強度分析，從而為燃油箱產品的設計提供理論指導。 

2 計算模型的建立 

     為了簡化模型，本文只采用了燃油箱系統中的燃油箱、鋼帶、油泵以及減震墊四個部件進行油箱的強度分析。

          

2.1 網格劃分 

      采用殼單元進行網格劃分。網格類型、節點數和單元數見表1。

         

2.2 材料參數的輸入 

      進入Material界面，輸入材料名稱創建并編輯材料屬性。計算中油箱本體材料采用高密度聚乙烯HDPE，鋼帶材料采用STEEL12，油泵和減震墊均采用剛性體分析。其具體材料參數見表2：

        

2.3 邊界載荷的施加 

      本文是模擬塑料燃油箱在23°C條件下，受到鋼帶預緊力的作用，油箱自身重力、油泵彈簧的壓力，油壓，同時考慮6KPa的內壓，所發生的變形情況。 

2.3.1鋼帶預緊力 

      設計要求鋼帶兩端預緊為4mm，采用Quick Geometry Edit中的washer命令對鋼帶螺栓孔進行處理，襯墊采用點焊方式。

              

2.3.2重力 

      只考慮油箱本身的重力作用，重力加速度g=9800mm/s2。 

2.3.3 油泵彈簧壓力 

      油泵與油箱上表面的連接是通過建立一維單元CONN3D2，單元上下兩端的壓力為64N。 

2.3.4 汽油壓力 

      根據液底和液面的高度，按照如下公式計算出油箱內部液壓最大值。

                       

      其中汽油密度ρ為7.6E-10t/mm3。 

2.3.5 油箱內壓 

      根據工程要求，油箱內部靜態壓力為6KPa。 

2.4 接觸關系 

      本次模擬一共設置三種面對面的接觸關系，油泵與油箱之間設為自由接觸，是剛形面與可變形體的接觸，減震墊與油箱之間設為surface behavior，鋼帶與油箱之間的存在相對滑動，擦系數為0.1 。

            

3計算結果 

      通過HyperMesh輸出求解器輸入文件，導入到求解器中進行計算，結果如下圖所示。

           

      由圖5可以得到燃油箱上表面的最大變形量是5.869mm，油泵上表面的最大變形量是5.425mm；油箱下表面的最大變形量是-9.213mm。而設計的變形標準是不大于8mm，顯然油箱底部變形不符合要求。因此，對油箱底部加強筋結果加以修正，重新計算結果如圖6所示。修改后的燃油箱變形完全符合要求。

            

4 結論 

      由計算結果可知，該型號的燃油箱最大變形發生在油箱底部。使用HyperMesh進行輔助設計，可以預測所設計燃油箱的最大變形量是否符合要求，降低了生成設計的盲目性，為產品的開發提供了可靠依據。