汽车塑料燃油箱耐压性试验及有限元分析

杨 过, 杨 杰, 陈学宏, 龚俊杰*

(1. 扬州大学机械工程学院, 江苏 扬州 225127; 2. 扬州亚普汽车部件有限公司, 江苏 扬州 225000)

1 塑料燃油箱

塑料燃油箱箱体采用高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)材料, 通过上箱和下箱焊接而成,油箱内部分布若干内置立柱(分为H型和I型), 其材料由HDPE材料与聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide, PPA)材料包浇而成, 油箱结构及立柱上测点示意图如图1所示．正负压试验温度为80 ℃, 燃油箱各材料参数如表1所示．在低于屈服应力时,可将其看作各向同性的线弹性变形[9-10]．

表1 燃油箱各材料性能参数(80 ℃)

2 有限元分析

2.1 模型及约束条件

通过HyperMesh软件对燃油箱模型进行网格划分, 燃油箱的网格平均尺寸为5 mm,单元数共79 198个,节点数为77 657个,采用壳单元S3/S4; 内置立柱的网格平均尺寸为2 mm,单元数共892 497个,节点数为272 972个,采用四面体单元C3D4．燃油箱通过绑带安装到试验台上,如图2所示,对绑带安装位置的6个自由度进行约束．

2.2 有限元计算

燃油箱内承受极限正压力35 kPa时, 有限元计算结果如图3所示．由图3可知,燃油箱整体的最大变形为18.77 mm,箱体的最大应力为8.977 MPa,内置立柱的最大应力为63.00 MPa．

3 正负压试验

为验证有限元模型的正确性, 将35 kPa下有限元计算结果和试验结果进行对比, 结果列于表2．从表2可以看出, 试验结果与有限元计算结果误差较小, 说明该有限元分析结果的可靠性．正负压试验结果显示, 油箱在正负压循环压力作用下未发生破坏, 满足强度要求; 根据该款燃油箱的设计标准,为保证燃油箱变形后不与汽车其他部件发生干涉,燃油箱变形不得超过20 mm, 因此满足其刚度要求．

表2 试验结果与计算结果对比

4 结论

本文通过建立汽车塑料燃油箱有限元模型,对燃油箱进行了耐压性分析,并通过试验验证了燃油箱有限元模型的正确性,并得到了不同压力下燃油箱的应力和形变,以及燃油箱应力与形变随压力变化的规律,为预测燃油箱的极限压力提供了参考．理论和试验结果均表明,该款塑料燃油箱的刚度和强度满足要求．