汽车燃油箱振动开裂原因分析及改进

图 ！所 示 为 燃 油 箱 第 1 (第 2 阶 有
模态振型
云图。
图 # 燃 油 箱 第 1 、第 2 阶 固 有 频 率 模 态 振 型 云仿真模
，对 业 提 供 的
进行 试
。 试 通过燃油
与响应信
对应
在 此 ，对某乘用车燃油箱的振动性能进行试验 分析。按照国标GB18296 — 2001《汽车燃油箱安全 性能要求和试验方法》4. 3 条的规定，将某乘用车燃 油箱模拟装车形式固定在振动试验台上，进行振动 试验。油与水的密度相近，因此在试验中用水代替 油进行模拟[2]。向燃油箱内加入额定容量1 8 的 水 ，密封所有的进口和出口[3]。施加的激励频率为 30.00 Hz，振动加速度为30.00 m/s2,在此条件下模 拟油的上下冲击载荷。该设备中包括hC -2 0 0 0 数 字振动控制仪及DC -3200 - 3 6 振动试验台。
燃油箱是汽车的燃油储存装置，是保证汽车正 常行驶的关键部件之一。在汽车制造业中，对燃油 箱的强度、振动、疲劳等方面的要求很高，汽车燃油 箱必须严格遵照国标GB 18296— 2001《汽车燃油箱 安全性能要求和试验方法》的要求来设计。以往的 燃油箱设计经验及试验积累数据显示，认为燃油箱 的失效问题较多集中在燃油箱的密封性能、振动耐 久性与耐压性等检验项目上[1]。
模 态 分 析 ，通 过 扫 频 试 验 验 证 分 析 结 果 。提 出 改 进 方 案 ，并 对 改 进 后 的 燃 油 箱 进 行 疲 劳 寿 命 分 析 。
关 键 词 :燃 油 箱 ；模 态 分 析 ；疲 劳 分 析 ；扫 频 实 验
中 图 分 类 号 :U464
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 ：1673 -1980(2018)02 -0090 -05
! 2 约束模态分析
根据实际装车状态，在 4 个螺栓孔位置处对燃 油箱进行6 个自由度的约束，计算燃油箱在空箱状 态下的约束模态。燃油箱自身的固有频率及振型在 外界因素影响下会发生改变，在此情况下研究自由 模态不能很好地反映其动态特性，而对其进行约束
收 稿 日 期 = 2 0 1 7 - 1 2 - 18 基 金 项 目 ：安 徽 省 高 校 自 然 科 学 研 究 重 点 项 目 “基 于 CFD技 术 的 脱 硫 除 尘 离 心 泵 结 构 优 化 设 计 及 应 用 研 究 ”（KJ2017A450);
摘 要 : 在 某 乘 用 车 燃 油 箱 振 动 耐 久 性 试 验 中 ，箱 体 内 燃 油 晃 动 使 箱 体 和 隔 板 受 到 冲 击 而 出 现 早 期 裂 纹 ，从 而 使 车
辆 的 使 用 寿 命 缩 短 ，严 重 时 会 造 成 安 全 事 故 的 发 生 。为 了 找 出 燃 油 箱 振 动 开 裂 原 因 ，利 用 有 限 元 方 法 对 燃 油 箱 进 行
燃油箱在振动耐久性试验中发生强烈振动，且 箱体相关部位发生开裂。燃油箱结构不合理引发共 振 ，导致产生早期疲劳裂纹，影响燃油箱的使用寿 命 。针对此问题，对燃油箱按照振动耐久性试验的
要求进行模态分析，得到其固有频率及振型，并通过 扫频试验进行验证。
1 燃油箱的模态分析
!1建 立 有 限 元 模 型
运 用 Hypermeshl软件进行前处理，针对该燃油 箱建立有限元模型。模型主要零件为上箱体、隔板、 下箱体、加强板，燃油箱采用薄板冲压成型，所以采 用四边形壳单元[20]建立燃油箱有限元模型。图 1 所 示 为 燃 油 箱 有 限 元 模 型 。单 元 类 型以四边形 shell单元为主，三 角 形 sh e ll单元为辅，单元边长为 5 mm，单元总数有67 939个 ，部件中的节点总数有 69 257个 ，四边形网格单元数有63 4 8 4 个 ，三角形 网格单元数有3 875个 。上箱体与下箱体的连接方 式为焊缝形式，隔板与上箱体、加强板与下箱体的连 接方式均为点焊，其 参 数 设置见表1 。
安 徽 省 高 校 优 秀 青 年 人 才 支 持 计 划 项 目 “脱 硫 除 尘 离 心 泵 结 构 参 数 优 化 及 其 性 能 预 测 研 究 ”（GXYQ2017071);安徽 省 教 育 厅 高 校 自 然 科 学 基 金 项 目 “轿 车 金 属 带 式 无 级 变 速 器 免 疫 控 制 方 法 研 究 ”（K 2013B159);巢 湖 学 院 校 级 科 学 研 究 项 目 “乘 用 车 油 箱 模 态 及 瞬 态 响 应 分 析 研 究 ”（XLY -201604) 作 者 简 介 :孙 钊 （1990 — ），男 ，安 徽 合 肥 人 ，硕 士 ，助 教 ，研 究 方 向 为 汽 车 零 部 件 关 键 技 术 。
1.0 2.1 x 105 7.8 x 10-9
0.8 2.1 x 105 7.8 x 10-9
2.5 2.1 x 105 7.8 x 10-9
泊松比
0.3 0.3 0.3 0.3
进行模
时 ， 低阶模
地
述该
有 *&+， 此
3阶
有
。第 1 阶固有
为 5 0 . 6 7 〇\，第 2 阶固
有
为 60. 6 0 H z ，第 3 阶 有 频 率 为 66. 38 H z。
第20卷 第 2 期
重庆科技学院学报（自然科学版)
2018年 4 月
汽车燃油箱振动开裂原因分析及改进
孙 钊 1 王玉勤1 尹辉俊2 张 雯 *
(1 . 巢湖学院机械与电子工程学院，安 徽 巢 湖 238000; 2 . 广西科技大学工程训练中心，广 西 柳 州 545006; 3 . 广西科技大学机械工程学院，广 西 柳 州 545006)
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孙 钊 ，等 ：汽 车 燃 油 箱 振 动 开 裂 原 因 分 析 及 改 进
模态分析更能准确反映实际装车情况。
零件
上箱体 下箱体
隔板 强
表 1 相关零件的主要参数设置
材料 型号
DC04 DC04 DC01 Q235
厚度/ 弹性模量/ 密度/
mm
MPa (t •mm"3"
0.8 2.1 x 105 7.8 x 10-9