摘 要: 文章针对某越野车油箱支架断裂的具体原因，利用通用有限元分析软件 HyperMesh9.0，对安装梯形加强板和不安装梯形加强板的两种油箱支架分析有限元模型分别进行了静强度分析计算，根据计算的应力结果找出了支架断裂的原因，并提出了有效的预防措施，为设计人员保证零部件的可靠性提供了技术参考，进一步验证了用有限元法做零部件结构强度分析的有效性和重要性。

　　关键词: 油箱支架;Hyperworks9.0;有限元模型;静强度分析;断裂;可靠性;

　　Abstract ： To the concrete reason of the crack of the fuel tank bracket for certain cross-country Heavy-duty truck, the article carries on static intension analysis calculation on the two kinds of fuel tank finite element analysis model installing the trapezoid strengthen plank and uninstalling the trapezoid strengthen plank respectively, making use of the finite element analysis software HyperMesh9.0 in general use . According to calculation result, find out the reason of the crack of the fuel tank bracket, and put forward valid of prevention measure. This provides technique references for design personnel to assure the parts’ credibility, further verifies it usefulness and importance that doing with the parts’ structure strength analysis making use of the finite element analysis method.

　　Key words ：the fuel tank bracket;Hyperworks9.0;finite element analysis model;static intension analysis;crack;credibility;

　　1 引 言

　　随着科学技术的不断进步和人们生活水平的不断提高，人们对汽车产品的性能也要求越来越高，而整车及其零部件的高可靠性是现代汽车的一个重要标志。基于有限元分析技术零部件的结构强度分析越来越受到汽车行业的普遍认可和重视。

　　有限元法是以固体弹塑性力学为基础，以高速电子计算机为工具的数值计算方法，广泛用于汽车结构强度分析和动态特性分析。有限元法的基本思想是:把一个连续的弹性体划分成有限多个彼此只在有限个节点处相互连接的、有限大小的单元组合体来研究。也就是用一个离散结构来代替原来的结构，作为真实结构的近似力学模型。以后所有的分析计算就在这个离散的结构上进行。

　　用有限元法做零部件结构强度分析，是指用有限元法来分析实际零部件结构在特定载荷作用下各点的变形及其应力分布，根据分析计算结果，一般相应于变形或应力太大位置，即是所分析的实际零部件结构在实际使用中容易变形甚至破坏的区域。本文利用汽车行业功能强大的通用有限元分析软件HyperWorks，对某越野车油箱支架进行了有限元分析，找出其断裂的原因，并提出了有效的预防措施。图1为油箱支架断裂后的照片。

　　图1 油箱支架断裂照片 图2 油箱支架分析有限元模型

　　油箱支架分析有限元模型的建立 在HyperMesh9.0中，选择Radioss(Bulk Data)模板，在充分考虑油箱、紧固带、车架与油箱支架总成之间力的作用关系情况下，建立包括各相关零件的较为完整的分析计算模型。车架、油箱、紧固带均采用四边形和三角形二维壳单元，单元尺寸为10mm;油箱支架采用四边形和三角形二维壳单元，单元尺寸为4mm。油箱支架通过螺栓连接固定在车架上，紧固带和油箱接触处、油箱与支架接触处、支架与车架接触处均采用1D里面GAP单元进行模拟。对带梯形加强板和不带梯形加强板的支架总成分别建立如图2所示的有限元分析模型。图3和图4分别为带梯形加强板支架的有限元模型和不带梯形加强板支架的有限元模型。

　　图3 带梯形加强板支架总成 图4 不带梯形加强板支架总成 材料属性和边界条件 油箱支架分析有限元模型所对应的材料属性如表1所示。

　　表1 材料属性

　　油箱支架各部件，根据具体的焊接关系，采用Rbe2进行刚性连接，在车架前后两端约束全自由度1,2,3,4,5,6(1-X方向的平动自由度;2-Y方向的平动自由度;3- Z方向的平动自由度;4- X方向的转动自由度;5- Y方向的转动自由度;6-Z方向的转动自由度)。油箱装满燃油的载质量为0.42吨，采用1D里面Rbe3均匀作用于油箱底面，重力加速度取1.5g，如图5所示为油箱支架分析有限元模型的约束和荷载示意图。

　　图5 油箱支架约束和载荷示意图

　　4 静强度计算结果分析

　　图6 油箱支架(安装梯形加强板)位移分布云图 图7 油箱支架(安装梯形加强板)应力分布云图

　　图8 位置1应力结果 图9 位置2应力结果

　　图10 油箱支架(不安装梯形加强板)位移分布云图 图11 油箱支架(不安装梯形加强板)位移分布云图

图12 位置1应力结果 图13 位置2应力结果

　　图14 位置3应力结果

　　图6至图9为安装梯形加强板油箱支架有限元分析模型的计算结果;图10至图14为不安装梯形加强板油箱支架有限元分析模型的计算结果。

　　从以上计算结果可以看出，前后油箱支架位移、应力结果对称分布。支架疲劳极限大小取为：0.5×强度极限=205MPa，应力云图仅对前支架进行表示。

　　在装有梯形加强板时，可以看出最大应力位置在支架与车架纵梁折弯处接触位置，大小为212.816MPa，略高于疲劳强度极限，有疲劳危险，但由于该点位于支架折弯处，而不在边缘上，出现断裂的可能性减小很多。

　　不安装加强板时，最大应力位置转移到了支架拐角焊接处应力大小为242.35MPa，超过了疲劳极限，已接近屈服极限;在越野路面行驶时的动载系数一般会大于1.5，也就是应力会超过屈服极限，从而发生断裂，该位置与市场上支架出现断裂的位置完全相同。

　　由以上分析，我们可以得出结论，市场上出现的油箱支架断裂现象，主要是由于油箱支架原有结构没有进行梯形加强板加固，经过颠簸路面时，支架拐角焊接处应力过大，导致断裂。加装梯形加强板后油箱支架在1.5g重力加速度作用下能够满足使用要求，因此最好能对油箱支架进行加厚或者采用冲压结构。

　　结束语

　　文章在简单阐述有限元分析理论的基础上，进一步对利用有限元法作零部件结构强度分析进行了说明。

　　并结合某越野车油箱支架断裂的具体问题，采用HyperMesh9.0-Radioss建立了油箱支架分析有限元模型，为了更好接近实际车辆行驶的状况，对油箱施加均布质量载荷，取动载系数为1.5，对车架两端施加全约束，对安装梯形加强板和不安装梯形加强板时两种有限元模型进行了分析计算，得到了比较理想的分析结果，找出了支架断裂的原因，并提出了有效的预防措施。

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