本案例問題是在正面高速碰撞過程中油箱固定支架失效，油箱脫離車架后接觸尖銳物導致油液泄漏。應用常規的方法不能很好模擬油箱支架的受力過程。為精確的分析油液沖擊過程，采用光滑粒子流體動力學（Smooth Particle Hydrodynamics）方法。

SPH方法是一種純拉格朗日的具有無網格、自適應屬性的流體動力學求解方法。采用SPH粒子方法，沒有必要進行繁復的網格生成及優化網格的工作。在SPH方法中，對任意函數，其積分近似表達為：

其中，<f(x)>為函數f(x)的近似值，x為位置矢量，Ω為包含x的積分體。簡單來說，SPH是將流體簡化為粒子，應用場函數代表粒子間的相互作用，每個粒子受到周圍粒子的作用疊加求和。見下圖示。

選取燃油箱總成、油箱綁帶、安裝支架、車架縱梁、車架橫梁以及相關聯的其它零部件等作為子系統研究對象，如圖3所示。整車加速度波形作為燃油箱子系統的受力來源。在子系統仿真模型中，采用燃油箱附件的車身結構上的3向加速度波形曲線模擬燃油系統在整車中的運動模式。

圖3 仿真模型

基于整車64公里偏置碰撞工況下的試驗數據，燃油箱的綁帶在沖擊過程中滑脫，CAE仿真結果顯示燃油箱綁帶的運動狀態如動畫所示。

燃油箱綁帶的運動狀態

可知，采用SPH粒子模型進行燃油箱系統碰撞仿真時，油液對油箱有沖擊作用并且使綁帶滑脫。仿真分析顯示，SPH粒子模型燃油箱綁帶截面力峰值力為12kN，在考慮燃油系統流固耦合的情況下，油液對油箱的沖擊作用很大，不能夠忽略。仿真燃油箱的云應變和綁帶截面力結果如下圖4和圖5所示。

圖4 燃油箱的云應變

圖5  綁帶截面力仿真結果

采用SPH粒子模型可以體現出油液在運動過程中對燃油箱的瞬時沖擊作用，油箱的變形模式吻合度高，可模擬出油箱綁帶滑脫，對比整車試驗錄像，可得SPH粒子模型與實際情況匹配較好。燃油箱綁帶脫落時刻與試驗一致。

根據SPH仿真模型，分析油箱固定機構失效過程，發現油箱脫落主要是因為油箱綁帶從安裝孔中滑脫。針對此原因制定了相應的優化方案，阻止油箱綁帶的滑動。具體優化方案為：在保證安裝工藝可行的前提下，將安裝孔從倒“T”型改為“I”型。

              （a）原方案               （b）優化方案

優化前后局部動圖

             （a）原方案             （b）優化方案

優化前后整體動圖

SPH法可有效的模擬碰撞過程中油液對于油箱的沖擊效應，以指導油箱固定機構的優化設計；但SPH方法的精度和粒子數量關系很大，導致計算資源及耗費時間急劇增多。

參考資料： 《Smoothed Particle Hydrodynamics in LS-DYNA》