汽车燃油箱开裂的原因分析

汽车燃油箱开裂的原因分析

王瑞通

上海翼墨汽车技术服务有限公司 545616

摘要：汽车在现今社会中已经逐渐成为了人们出行的主要交通方式之一，然而由于汽车引发的交通事故也有很多。汽车缺乏定期维修与检查都会给人们带来很大的安全隐患。因此汽车制造商应该在汽车的安全性能上多下功夫，为人们的出行安全提供保障。汽车的燃油箱能够在汽车使用的过程中发挥出重要的作用。汽车制造过程中对油箱各个方面的性能要求都比较高，但是在实际应用中由于燃油的晃动以及其他方面的原因容易在油箱的关键部位产生裂缝，本文将主要通过建立模型的方式探究汽车燃油箱产生开裂的原因，并且针对不同开裂的表现形式提出改进措施，进而对经过改进后的性能进行验证。

关键词：燃油箱；振动开裂；原因分析；改进举措

引言：汽车燃油箱是整体动力装置的主要组成部分之一，能够在汽车安全运行中发挥出关键性的作用。燃油箱而在车辆运行过程中会产生比较大的晃动，容易造成焊点开裂或者突变位置产生裂纹，从而导致极其严重的交通事故，对驾驶人员的生命安全造成了较大的威胁。因此通过模型的建立能够更加精确地反映出造成燃油箱振动开裂的原因，并能够提出更有针对性的改进措施，从而避免燃油箱由于振动开裂所造成的安全隐患。

1汽车燃油箱模型建立并探究开裂的原因

本次模型的建立，首先需要将某车辆的燃油箱作为振动试验的主要装置，由于现阶段产生振动开裂问题主要为金属燃油箱，因此本文中主要针对金属燃油箱进行讨论。根据水和油密度差异不大的特性可以用水代替油从而达到简化试验操作的目的，在燃油箱中加入总容量大约二分之一的水量然后进行密封。通过外界装置对其施加激励，激励的频率可以保持在30赫兹左右，且每秒增加的振动速度可以为每秒30米。燃油箱在试验需要保持振动的频率能够满足模拟实际的要求，然后建立起有限元模型。针对燃油箱的箱体特征和主要结构，应用四边形壳单元的方式能够大幅度增强数据的准确性。这种类型通常情况下在以三角形为辅的基础上还需要将四边形作为主要研究方向。箱体之间主要是通过焊缝的手段进行连接，而隔板与其他大多数的连接方式基本上都是通过点焊来完成的。

在金属燃油箱的有限元模型建立完成之后，还需要根据实际装车情况建立起约束模态进行分析，主要是在特殊孔的位置约束自由度，而其固有频率能够随着外界环境的改变而改变，为了加强约束模态的准确程度需要通过约束的方式达到这一实际目的。

在探究金属燃油箱振动开裂的原因时需要根据频率比数值等于激振力频率与系统固有频率比值的关系进行分析，当频率比为1时则代表系统固有频率等于或者近似接近于激振力频率，在这种情况下能够达到共振的要求。但是在实际应用中应该尽量避免这种情况，尽量将系统固有频率的数值避免处于百分之二十到百分之三十之间，而在本次探究中将其百分之三十作为危险区进行实施，根据前三阶的固有频率数值以及本次激励频率的设置可以得出，盛有二分之一水的燃油箱固有频率处于危险范围才产生了共振，这是产生振动开裂问题的主要原因。针对这样的开裂原因可以通过增加其固有频率来解决，主要的解决思路可以对原有的燃油箱结构进行改进。

2汽车燃油箱产生振动开裂的表现形式以及改进举措

2.1由于振动产生的焊点开裂

汽车燃油箱在实际运行中占据极其重要的位置，而振动开裂的具体表现形式首先表现在焊点开裂。造成这种开裂形式的主要原因在于焊接人员在油箱的焊接过程中没有达到焊接的质量标准。根据燃油箱的日常应用可以看出油箱在汽车运行的过程中晃动的程度比较剧烈，会对隔板产生较大的冲击力，长时间处于这种状态中就会逐渐使得隔板的变形程度大幅度增加。如果不及时进行改善，则会加速点焊开裂，并且通常情况下在隔板和上箱体之间发生这种问题的概率相对较高。燃油箱在点焊的过程中相关人员需要对焊接质量进行严格控制，并且在其日常工作中时刻更新自己的知识储备，对点焊技术进行更新并改善工艺，在对焊点的排布过程中需要加强点位排布的合理性。针对实际工作中可能存在的虚焊问题，需要严格控制点焊操作的流程和工艺，在燃油箱的重要连接部位加强关注程度。例如上下箱板以及隔板的连接方面；而针对漏焊的问题工作人员需要加强作业的细心程度，对每个焊接点进行更加严格地管控。

2.2突变位置产生裂纹

汽车金属燃油箱振动开裂的另外一种表现形式就是应力突变位置产生裂纹，一般情况下主要是在油箱的底部或者上方出现这种问题。这种裂纹的产生主要是由于外界的作用力比较集中地施加在燃油箱的某个部位从而导致功能失效，并且这种失效形式在油箱的振动试验中极其常见且出现的频率较高。外界作用力集中施加的部位主要在油箱重要零件进行连接的位置，如果油箱连接处的焊接水平不够牢固，再加上施加的作用力过大则极其容易产生撕裂的现象。在实际生活中汽车燃油箱如果出现此类问题，相关人员需要对其局部或者整体的机构设计进行相应的改进，尽量避免作用力集中发生的概率，从而达到增强汽车燃油箱刚度的目的。

2.3针对振动开裂问题的改进举措

针对焊点开裂问题，主要是通过改善工艺的方式进行解决。而底部开裂则需要从燃油箱整体构造的角度，对原有设计进行规划和调整。主要的改进举措就是在其上箱体的中部和下箱体加入筋板，通过改变冲压的倒角并增加R角能够起到分散应力的作用，从而达到预防焊点开裂的目的。经过改进之前以及改进之后的三个阶段的固有频率数值如表1所示，从中可以看出经过改进其每个阶段的固有频率都存在较大幅度的上升，并且在第2阶达到上升幅度的顶峰百分之十二点八，从而保证每一阶都能够保持在危险共振频率范围之外，提升了汽车燃油箱的刚度。

表1经过改进之前以及改进之后的固有频率对比

3经过改进后的汽车燃油箱使用寿命验证

在改进之前，汽车燃油箱产生失效的主要原因是在长期外界作用力下部分区域会产生较为强烈的共振。并且根据现阶段的机械零件损坏数据显示，大约百分之五十到百分之九十的零件都是属于疲劳损坏。因此在经过改进后的汽车燃油箱需要进行疲劳损坏分析才能保证改进的合理性。对其重要部件使用寿命数据进行分析，是为了把有限元数据模型相关信息应用nSoft软件进行分析，然后将建造燃油箱应用的材料作为主要的系数进行计算。由于燃油箱在实际应用中的产生振动开裂之前会伴随不同程度的损伤，因此为了保证数据研究的准确性就需要将这种损伤转化成数字进行展示，经过改进后的燃油箱寿命分析数据信息如表2所示。根据表2可以看出最小寿命次数为单元号为32104，其损伤值大约为1.812×10-6，结合其他数据结果可以看出经过改进后的汽车燃油箱能够保证在相关时间段内出现疲劳损伤的概率比较小。

表2经过改进后的燃油箱寿命分析数据信息

结束语：

针对现阶段部分汽车燃油箱振动开裂的问题建立了相关模型对产生此类问题的原因进行分析。最终得出燃油箱的固有频率在激振力频率产生共振的危险范围之内，是造成振动开裂问题的主要原因。通过分析现阶段燃油箱振动开裂的主要表现形式，提出了可以在上箱体和底部使用不同数量的加强筋的解决方案，经过改进前后固有频率的对比以及燃油箱使用寿命的试验验证了此解决方案的合理性和实用性。

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