基于CAE技术的燃油箱干涉问题分析_赵艳芳

Equipment Manufacturing Technology No.10,2014

汽车燃油箱是整车车上唯一储存液体燃油的地

方,是汽车上重要的功能性与安全部件部件之一,它必须牢固、密封、耐冲击。耐压及气密性实验是检验燃油箱产品是否合格的重要手段,相应的国家标准GB/T18296《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》以及各个汽车生产商都明确了实验要求。因此,利用目前日益成熟的CAE技术,在燃油箱设计阶段进行仿真模拟,预测出燃油箱可能变形最大的区域和结构,为结构的优化及后续的工艺调试提供指导[1~2],从而在最大程度上确保燃油箱在安装时与周边车身系统子零件的合理间隙,就显的非常有必要和意义。

我公司某车型在海南试车场进行耐久性试验,经过数千公里的试验里程后,发现燃油箱顶部表面与车厢第1横梁底部存在干涉,燃油箱表面干涉处表层涂层已磨掉露出了油箱金属壳体(见图1)。本文除了通过分析燃油箱的外形结构特点及生产工艺过程来分析根本原因外,我们还采用了HYPERMESH及ABAQUS软件模拟气密性台架试验来探寻产生这种故障的原因,以期在设计之初就预防类似问题的发生或者给燃油箱供应商制造试验夹具时提供参考。

1原因分析

1.1燃油箱壳体的结构特点分析

该研究车型的燃油箱上下壳体由薄钢板冲压成

型,上下壳体所用金属薄板材料厚度分别为0.8mm和1.0mm。在燃油箱上壳体部分设计有两个槽来避让下车体上的横梁,油箱与横梁的最小间隙如下图2所示,其中件1与件2的设计最小距离为7.8mm,油箱外形轮廓尺寸制造允许偏差为±1.0mm,车身安装支架的高度允许偏差为±3mm,通过尺寸链计算可知此处的理论最小设计间隙仅为3.8mm,如果制造工艺过程控制不好,极易出现干涉的情况,从图1中故障图片来看,也说明了这一点。件2与油箱避让槽的最小距离为10.8mm,在耐久性道路试验中未出现干涉情况。

1.2生产制造过程分析

考虑到燃油箱在生产制造过程中为了符合法规要求,需要在生产过程中完成一系列台架试验,其中的在线检测的气密性试验以及耐压试验对燃油箱轮廓外形尺寸影响较大,气密性试验的试验要求是在30kPa的压力下保持30s不漏气,而耐压试验要求为80kPa压力下保持30s无泄漏。在生产现场抽检3件完成密封性试验的样件进行测量,测量位置如图3,得到数据如表1所示。

基于CAE技术的燃油箱干涉问题分析

赵艳芳,吕兆平,唐基荣,谢士超

(上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,

广西柳州545007)

要:某车型的金属燃油箱,在经过数千公里的耐久性试验后,发现燃油箱顶部表面与车厢第一横梁底部存在干涉。介

绍了该故障的处理过程,分析并找到了故障形成的根本原因。所采用的分析方法有:对燃油箱轮廓尺寸进行测量;将燃油箱进行有限元分析模拟密封性台架试验。这些测量报告及C AE 分析结果互相验证,更有力证明了故障产生的根本原因。关键词:燃油箱;干涉;气密性试验;有限元分析中图分类号:U472.9

文献标识码:B

文章编号:1672-545X(2014)10-0062-02

收稿日期:2014-07-04作者简介:赵艳芳(1985—),女,大学本科,助理工程师,主要从事汽车燃油供油系统设计。

图1

故障问题图片

表1

未改进前测量结果

样件1#

2#3#

理论尺

寸(mm)86.486.486.4

未做密封检测

前尺寸(mm)

86.786.786.6

做密封检测

后尺寸(mm)

91.090.790.8

超差量

(mm)4.64.34.4

图2燃油箱与车架安装关系位置图

件1

件2

从表1测量结果可知,气密性检验后,燃油箱的局部区域产生了较大变形,导致尺寸超差,抽检的三件产品的变形量都已经超出了横梁1与油箱上壳体的理论最小间隙3.8mm,可知是出现干涉故障的根本原因。

2CAE数值模拟

为了验证上述原因分析的准确性,本文使用

CAE数值模拟的方法对燃油箱进行气密性试验模拟,并与实际故障出现的位置进行对比。

2.1分析模型的建立

根据燃油箱三维模型进行有限元建模,采用HyperMesh软件进行前处理,把建立好的有限元模型导入ABAQUS软件中。按照实际装车情况施加约束定义,约束条件为建立四个安装孔的多点约束单元(multi-pointconstraint,MPC),在安装的节点上分别约束其在X 、Y 、Z 三个方向的平移自由度和转动自由度,模拟车架安装固定(见图4)。计算过程中涉及到燃油箱壳体材料及其固有力学性能参数见表2。

2.2边界条件的设定

给燃油箱内表面施加均布压力来模拟充气过程,设置分析步step时选择几何非线性选项Nlgeom为ON,调整初始增量步长为0.01,施加30kPa的压力在油箱内侧表面,然后提交作业进行求解。2.3结果分析

图5为用ABAQUS模拟气密性试验得到的应变

图,从图中可看出最大变形能达到12mm,位置正好

与出现干涉的位置重合,进一步验证了前文对故障分析得到的根本原因所在。

3工装整改

为了控制燃油箱水检气密性试验时油箱的变

形,我们要求供应商对试验台架进行了整改,在变形

大的部位增加了夹紧校正装置(见图6),很好的抑制了燃油箱在试验过程中的变形,确保成品的轮廓度满足设计要求,三坐标测量结果见表3。按新的试验工装完成试验的零件发到海南完成了耐久性道路试验,故障不再重现。

4结束语

本文先从现象上对路试故障进行了分析,获得

了故障产生的根本原因,建立燃油箱壳体的有限元模型,基于该模型进行气密性仿真计算,由计算结果可知,该车型的燃油箱最大变形发生在上壳体顶部第一横梁避让槽的位置,分析的结果与实际情况符合良好。说明了借助ABAQUS等CAE分析工具,可以预测所设计燃油箱的最大变形量出现的区域,从而指导工艺工装的设计,有利于降低了产品设计的盲目性,为新产品的开发提供了可靠依据。

图3

油箱测量尺寸示意图

图4

有限元计算模型

表2

油箱壳体材料及其固有力学性能参数

序号123

零部件名称下壳体上壳体加强板

料厚(mm)10.81.5

材料牌号DC04DC04Q235

弹性模量(GPa)210210210

泊松比0.30.30.3

屈服强度(MPa)

210210235

图5

有限元模型计算结果

表3

工装改进后测量结果

样件1#2#3#

理论尺

寸(mm)86.486.486.4

未做密封检测

前尺寸(mm)

86.586.786.7

做密封检测

后尺寸(mm)

87.487.287.3

超差量

(mm)1.00.80.9

图6

整改完成后的密封试验工装

(下转第65页)

FuelTankerInterferenceProblemAnalysisbasedonCAETechnology

ZHAOYan-fang,LVZhao-ping,TANGJi-rong,XIEShi-chao

(TechnicalDevelopmentCenter,SAICGMWulingAutomobileCo.,Ltd.,LiuzhouGuangxi545007,China)Abstract:Afterthedurabilitytesthadbeenperformedonthevehicleforseveralthousandkilometers,interferencewasfoundbetweenthetopsurfaceofthesteelfueltankandthebottomofthefirstbeam.Thisarticleillustratesthetreatingprocessesofissue,analyzeandfindthefailurerootcause.Thesemethodsincludes:Tomeasureboundarydimensionofthefueltank,thefiniteelementanalysiswascarriedoutonthefueltanktosimulatesealingbenchtest.Themeasure-mentreportandCAEanalysisresultsverifyeachother,morepowerfulprovethatthefundamentalcauseofthefailure.Keywords:fueltank;interference;sealbenchtest;finiteelementanalysis

StudyonHoningToolFinishingProcess

LIUJing-xin

(ShenyangAircraftIndustry(Group)Co.,Ltd.,Shenyang110034,China)

Abstract:Honingtoolismainlyusedforgrindingandaircraftpartsinthehole.Toensuretherequirementoftheholeluminosityandsizeparts.Theboringheadaresplit,butthestrengthisnotenough,lifeisshort.Improveddesignof

boringhead,variationalbodyasawhole,increasestrength,reducetheprocessingdifficulty.Keywords:honingtool;strength;tempering

2镗磨头加工最佳工艺方案及实施

改进后,

采用整体结构,结构如图2。2008年我单位成立数控镗铣中心,此中心最大的优点就是针对此类小型且型面复杂零件,精度高,

光洁度好,加工后不再淬火,有利于复杂型面零件的加工。这种工艺方案可行。

零件调质(淬火+高温回火)后,组织稳定尺寸稳定,切削性能又好。刃磨磨两侧平面见光,保持平行,此两面做为装卡基准。数控铣床一次装卡,用Φ5mm立铣刀一次加工型面,轻松保证L 1公差(0.05mm)要求。最后再用砂纸打磨,保证铣过之处平滑过度。新工艺的实施,解决了由分体改为整体的

难加工问题,零件一体极大的提高了强度,增加使用

寿命。精度的提高,保证了装配之间的密合度,提升产品品质。

结束语

分体结构改整体结构,提高强度,同时也减少了

准备时间。经使用单位操作反映,整体结构使用寿命是分体结构的三至四倍;分体结构改整体结构,零件与零件接触间隙消失,精度提高;分体结构改整体结

构,减少镗床工镗孔孔工序,减少加工难度。

本加工工艺方法可广泛用于机械、航空、汽车等装备制造行业内孔的加工,此零件研磨内孔光度可达到0.2以上,提高压缩杆类零件的加工品质。

参考文献:

[1]机械工程手册:电机工程手册编辑委员会.机械工程手册[M].第8卷.北京:机械工业出版社,1982.

图2镗模块示意图(整体结构)

外力L 2

L 1±0.02mm

“马蹄”部分

LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL

(上接第63页

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