導(dǎo)語(yǔ)：礦用燃油箱托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：汽車燃油箱托架是汽車燃油供給系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，油箱托架承受著燃油箱本體以及燃料的沖擊，其常見(jiàn)的受力形式多為受到來(lái)自路面的沖擊載荷，在其作用下易發(fā)生失效。本文主要針對(duì)某特種礦用寬體車大容積燃油箱的需求，提出與其所匹配的油箱托架的強(qiáng)度（超強(qiáng)承載能力、抗外界沖擊能力等）設(shè)計(jì)是否滿足要求。通過(guò)利用CATIA進(jìn)行針對(duì)性特殊設(shè)計(jì)，然后建立燃油箱托架有限元模型。最后，在不同的方案以及工況下，分別賦予不同的材料屬性并利用Optistruct進(jìn)行求解及強(qiáng)度對(duì)比分析，結(jié)果表明：在轉(zhuǎn)向、沖擊和制動(dòng)的幾種邊界條件下，油箱托架應(yīng)力最大平均值均在材料最大許用應(yīng)力范圍內(nèi)，安全系數(shù)得到提升，符合設(shè)計(jì)要求，避免了應(yīng)力集中及早期失效現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：礦用寬體車;燃油箱托架;有限元分析;優(yōu)化

1引言

礦用車寬體車一般在一定的范圍內(nèi)運(yùn)行作業(yè)，由于其外形尺寸不受限制，為了進(jìn)一步提高車輛運(yùn)載量，寬度、高度盡可能的最大化，其寬度已超過(guò)JTGB01-2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1]和GB1589-2016《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》[2]。寬體礦用車主要是露天礦山的主要運(yùn)輸車輛，車輛載重大，油耗高，為了提高車輛運(yùn)載效率，減少日加油次數(shù)，為此配備大容積燃油箱。市場(chǎng)上傳統(tǒng)商用車燃油托架結(jié)構(gòu)大部分為“π”型且僅靠模具沖壓成型的鈑金件抵御來(lái)自燃油箱本體和燃油本身因涌動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊以及在車輛運(yùn)行過(guò)程中來(lái)自路面的沖擊力。由于寬體礦用車作業(yè)工況環(huán)境極差，路面沖擊大，燃油箱容量大，燃油質(zhì)量大，燃油箱托架工作環(huán)境更加惡劣，因此，常規(guī)燃油箱托架結(jié)構(gòu)無(wú)法抵御以上上述環(huán)境所帶來(lái)的磕碰及沖擊，所以對(duì)燃油箱托架的強(qiáng)度提出更高要求，對(duì)此進(jìn)行更深一步的優(yōu)化探究。

2設(shè)計(jì)方案

由于常規(guī)模具成型的燃油箱托架“π”型結(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)礦山作業(yè)車輛的需求，且容易失效。本次燃油箱托架結(jié)構(gòu)將采用中厚高強(qiáng)度鋼板拼焊成型（如圖1所示）。

3有限元模型的建立

燃油箱總成主要由油箱托架、彈性單元、油箱本體、緊固帶等零部件組成，主要起儲(chǔ)存、承載、防震、抗沖擊作用，在充分考慮到燃油箱、墊帶、緊固帶以及托架之間的作用關(guān)系的情況下，建立各相關(guān)零件完整的計(jì)算分析模型[3]（如圖2所示）。

3.1設(shè)計(jì)輸入油箱總成及其附件在整車運(yùn)行過(guò)程中，主要受自身和油液重力作用。故對(duì)其進(jìn)行整車典型工況進(jìn)行強(qiáng)度分析——沖擊、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向。由于只關(guān)注其結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度，故對(duì)油液運(yùn)用耦合質(zhì)量點(diǎn)來(lái)代替。

3.2網(wǎng)格劃分（1）在有限元建模中，網(wǎng)格的分割是一個(gè)非常關(guān)鍵的部分，它需要涉及到的問(wèn)題很多，任務(wù)量大且繁重，因此，網(wǎng)格的劃分將會(huì)對(duì)計(jì)算的準(zhǔn)確性、計(jì)算的大小和難度造成很大的影響。建立合理合理的有限元計(jì)算模式，通常受到網(wǎng)格數(shù)目、單元形狀、網(wǎng)格的稀疏程度等因素的制約。因此在模型導(dǎo)入前處理軟件之前需對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼?，?duì)所分析的零件按照規(guī)定正確命名，并針對(duì)不利于分析的的幾何模型進(jìn)行前期處理（如：陽(yáng)角圓角等）。在劃分網(wǎng)格時(shí)，利用HyperMesh導(dǎo)入模型總成，為了減少網(wǎng)格劃分的前處理工作量并快速高效的生成完整的且高質(zhì)量的有限元模型，需要充分考慮其結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、模型的完整性、高質(zhì)量性。為了更進(jìn)一步提高本次分析的精度，本次模型采用六面體網(wǎng)格，按總體幾何尺寸及構(gòu)造特征，將其網(wǎng)格單元的尺寸限定為5mm（如圖3所示）。（2）在進(jìn)行了網(wǎng)格劃分之后，檢驗(yàn)其網(wǎng)格質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其質(zhì)量對(duì)以后的模型計(jì)算的效果有很大的影響。影響網(wǎng)格質(zhì)量的因素有以下幾點(diǎn)：雅克比、翹曲系數(shù)、長(zhǎng)寬比、單元質(zhì)量、傾斜度、正交質(zhì)量等。所以，網(wǎng)格分割是將網(wǎng)格分割成許多個(gè)小的網(wǎng)格，前處理作為有限元分析過(guò)程中的基礎(chǔ)與重點(diǎn)，網(wǎng)格的劃分與網(wǎng)格的匹配程度、網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到后續(xù)的有限元數(shù)值模擬的質(zhì)量。

3.3模型材料參數(shù)燃油箱托架除墊帶為橡膠彈性單元外，其余材料均采用510L，具體模型材料參數(shù)見(jiàn)表上1。

3.4邊界條件及載荷在進(jìn)行前處理網(wǎng)格劃分后對(duì)模型進(jìn)行邊界條件的定義。為更貼近燃油箱托架實(shí)際工作狀態(tài)，對(duì)邊界條件定義如下：油箱托架、燃油箱、緊固帶、墊帶的接觸視為緊密接觸，在其各部件接觸處模擬接觸力，以此來(lái)充分體現(xiàn)出燃油箱總成的實(shí)際受力狀況。對(duì)油箱托架與車架安裝孔施加固定約束，對(duì)下方分別施加沖擊加載、制動(dòng)加載以及沖擊加載沖擊（Z向-6g）、制動(dòng)（X向-1g）、轉(zhuǎn)向（Y向0.8g），以此為加載條件進(jìn)行模擬寬體礦用車在行駛作業(yè)時(shí)油箱托架各部位的受力實(shí)際情況。

4仿真計(jì)算結(jié)果分析

4.1燃油箱托架焊縫結(jié)果分析如圖4所示，燃油箱托架焊縫處在三種不同工況下的加載后所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力云圖。從結(jié)算結(jié)果來(lái)看，燃油箱托架焊縫處在三種不同的工況下進(jìn)行加載求解，結(jié)果表明三種不同工況下焊縫處的最大應(yīng)力為：沖擊：80.762MPa、轉(zhuǎn)向：17.236Mpa、制動(dòng)：85.630MPa均滿足強(qiáng)度要求，沖擊安全系數(shù)：2.9符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2燃油箱托架結(jié)構(gòu)結(jié)果分析如圖5所示，燃油箱托架結(jié)構(gòu)在三種不同工況下的加載后所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力云圖。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，燃油箱托架結(jié)構(gòu)處在三種不同的工況下進(jìn)行加載求解，結(jié)果表明三種不同工況下的最大應(yīng)力為：沖擊：>345MPaMPa、轉(zhuǎn)向：157.655Mpa、制動(dòng)：125.408Mpa，除沖擊工況下不滿足要求外，沖擊安全系數(shù)：0.92，其余轉(zhuǎn)向、制動(dòng)均滿足強(qiáng)度要求。（1）由于在沖擊工況下，燃油箱托架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求，因此現(xiàn)將燃油箱托架進(jìn)行不同材料規(guī)格的加載受力對(duì)比分析（如表2所示）。（2）根據(jù)上述材料規(guī)格參數(shù)表，將燃油箱托架按照三種不同材料屬性匹配，再次進(jìn)行加載邊界約束，其最大應(yīng)力分析結(jié)果如下（如圖6所示）。經(jīng)過(guò)三種不同材料規(guī)格在沖擊工況下加載分析情況來(lái)看，規(guī)格3材料結(jié)構(gòu)在該沖擊工況下的最大應(yīng)力完全滿足強(qiáng)度要求，結(jié)合折彎圓角處的受力情況，T=10mm處平均應(yīng)力為295.945MPa，安全系數(shù)提升至1.2，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用HyperMesh工具對(duì)某特種寬體礦用車燃油箱托架在沖擊、轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)三種不同工況下進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析以及對(duì)比，在分析前處理時(shí)提前進(jìn)行規(guī)劃策劃，有效的減少了設(shè)計(jì)的重復(fù)性與盲目性，提高了設(shè)計(jì)工作的效率，通過(guò)更改材料規(guī)格將原有的燃油箱托架安全系數(shù)由0.92提升至1.2，且強(qiáng)度完全滿足設(shè)計(jì)要求與客戶使用需求，可以進(jìn)行下階段樣件試制工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)公路委員會(huì).公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：JTGB01-2003[S].北京朝陽(yáng)區(qū)：人民交通出版社，2003.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件：GB7258-2017[S].北京西城區(qū)三里河：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[3]呂若塵，任工昌.商用車油箱支架有限元分析及優(yōu)化[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014，0784.

[4]趙衛(wèi)艷.商用車油箱支架疲勞壽命仿真分析[J].價(jià)值工程，2011，12.

[5]霍裕蓉.某特種汽車燃油箱支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械，2021.02.

[6]王靜，劉俊，趙莉.基于ABAQUS有限元模擬的油箱支架強(qiáng)度分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019.10.

作者:周文強(qiáng) 單位:陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司